Как используется лазер в медицине. Применение лазера и излучений в медицине

ЛАЗЕР (аббревиатура из начальных букв англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света стимулированным излучением ; син. оптический квантовый генератор ) - техническое устройство, испускающее фокусированное в виде пучка электромагнитное излучение в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, обладающее большой энергией и биологическим действием. Л. были созданы в 1955 г. Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым (СССР) и Ч. Таунсом (Ch. Townes, США), удостоенными за это изобретение Нобелевской премии 1964 г.

Главными частями Л. являются рабочее тело, или активная среда, лампа накачки, зеркальный резонатор (рис. 1). Лазерное излучение может быть непрерывным и импульсным. Полупроводниковые Л. могут работать в том и другом режимах. В результате сильной световой вспышки лампы накачки электроны активного вещества переходят из спокойного состояния в возбужденное. Действуя друг на друга, они создают лавину световых фотонов. Отражаясь от резонансных экранов, эти фотоны, пробивая полупрозрачный зеркальный экран, выходят узким монохроматическим световым пучком высокой энергии.

Рабочее тело Л. может быть твердым (кристаллы искусственного рубина с добавкой хрома, некоторые соли вольфрамовой и молибденовой к-т, различные виды стекол с примесью неодима и некоторых других элементов и др.), жидкостью (пиридин, бензол, толуол, бромнафталин, нитробензол и др.), газом (смесь гелия и неона, гелия и паров кадмия, аргон, криптон, углекислый газ и др.).

Для перевода атомов рабочего тела в возбужденное состояние можно применять световое излучение, поток электронов, поток радиоактивных частиц, хим. реакцию.

Если представить активную среду как кристалл искусственного рубина с примесью хрома, параллельные торцы к-рого оформлены в виде зеркала с внутренним отражением и одно из них полупрозрачное, и этот кристалл осветить мощной вспышкой лампы накачки, то в результате такого мощного засвета или, как принято называть, оптической накачки, большее число атомов хрома перейдет в возбужденное состояние.

Возвращаясь в основное состояние, атом хрома спонтанно излучает фотон, который сталкивается с возбужденным атомом хрома, выбивая из него другой фотон. Эти фотоны, встречаясь в свою очередь с другими возбужденными атомами хрома, опять выбивают фотоны, и этот процесс лавинно нарастает. Поток фотонов, многократно отражаясь от зеркальных торцов, все увеличивается до тех пор, пока плотность энергии излучения не достигнет предельного значения, достаточного для преодоления полупрозрачного зеркала, и вырвется наружу в виде импульса монохроматического когерентного (строго направленного) излучения, длина волны к-рого 694,3 нм и длительность импульса 0,5-1,0 мсек с энергией от долей до сотен джоулей.

Оценить энергию вспышки Л. можно на следующем примере: суммарная по спектру плотность энергии на поверхности Солнца составляет 10 4 вт/см 2 , а сфокусированный луч от Л. мощностью 1 Мвт создает интенсивность излучения в фокусе до 10 13 вт/см 2 .

Монохроматичность, когерентность, малый угол расхождения луча, возможность оптической фокусировки позволяют получить высокую концентрацию энергии.

Фокусированный луч Л. может быть направлен на площадь в несколько микрон. Этим достигается колоссальная концентрация энергии и создается чрезвычайно высокая температура в объекте облучения. Лазерное излучение плавит сталь и алмаз, разрушает любой материал.

Лазерные аппараты и области их применения

Особые свойства лазерного излучения - высокая направленность, когерентность и монохроматичность - открывают практически большие возможности для его применения в различных областях пауки, техники и медицины.

Для мед. целей применяются различные Л., мощность излучения которых определяется задачами оперативного или терапевтического лечения. В зависимости от интенсивности облучения и особенностей взаимодействия его с разными тканями достигаются эффекты коагуляции, экстирпации, стимуляции и регенерации. В хирургии, онкологии и офтальмол, практике применяются Л. мощностью в десятки ватт, а для получения стимулирующего и противовоспалительного эффектов - Л. мощностью в десятки милливатт.

С помощью Л. можно одновременно передавать огромное количество телефонных переговоров, осуществлять связь как в земных условиях, так и в космосе, производить локацию небесных тел.

Малое расхождение луча Л. позволяет применять их в маркшейдерской практике, строительстве крупных инженерных сооружений, для посадки самолетов, в машиностроении. Газовые Л. находят применение для получения объемных изображений (голография). В геодезической практике широко используются различные типы лазерных светодальномеров. Л. применяются в метеорологии, для контроля загрязнения окружающей среды, в измерительной и вычислительной технике, приборостроении, для размерной обработки микроэлектронных схем, инициирования хим. реакций и др.

В лазерной технологии находят применение как твердотельные, так и газовые Л. импульсного и непрерывного действия. Для резания, сверления и сварки различных высокопрочных материалов - сталей, сплавов, алмазов, часовых камней - выпускаются лазерные установки на углекислом газе (ЛУНД-100, ТИЛУ-1, Импульс), на азоте (Сигнал-3), на рубине (ЛУЧ-1М, К-ЗМ, ЛУЧ-1 П, СУ-1), на неодимовом стекле (Квант-9, Корунд-1, СЛС-10, Кизил) и др. В большинстве процессов лазерной технологии используется термическое действие света, вызываемое его поглощением обрабатываемым материалом. Для увеличения плотности потока излучения и локализации зоны обработки применяются оптические системы. Особенности лазерной технологии следующие: высокая плотность энергии излучения в зоне обработки, дающая за короткое время необходимый термический эффект; локальность воздействующего излучения, обусловленная возможностью его фокусировки, и световые пучки предельно малого диаметра; малая зона термического влияния, обеспечиваемая кратковременным воздействием излучения; возможность ведения процесса в любой прозрачной среде, через окна технол. камер и пр.

Мощность излучения Л., применяемых для контрольно-измерительных приборов систем наведения и связи, невелика, порядка 1-80 мвт. Для экспериментальных исследований (измерение скоростей потока жидкостей, изучение кристаллов и др.) используются мощные Л., генерирующие излучение в импульсном режиме с пиковой мощностью от киловатт до гектоватт и длительностью импульса 10 -9 -10 -4 сек. Для обработки материалов (резания, сварки, прошивки отверстий и др.) применяются различные Л. с выходной мощностью от 1 до 1000 ватт и более.

Лазерные устройства в значительной мере повышают эффективность труда. Так, лазерная резка дает значительную экономию сырья, мгновенная пробивка отверстий в любых материалах облегчает труд сверловщика, лазерный метод изготовления микросхем улучшает качество продукции и т. д. Можно утверждать, что Л. стал одним из распространенных приборов, применяемых для научных, технических и мед. целей.

Механизм действия лазерного луча на биол, ткани основан на том, что энергия светового пучка резко повышает температуру на небольшом участке тела. Температура в облучаемом месте, по данным Минтона (J. P. Minton), может подняться до 394°, и поэтому патологически измененный участок мгновенно сгорает и испаряется. Тепловое воздействие на окружающие ткани при этом распространяется на очень небольшое расстояние, т. к. ширина прямого монохроматического фокусированного пучка излучения равна

0,01 мм. Под влиянием лазерного излучения происходит не только коагуляция белков живой ткани, но и взрывное ее разрушение от действия своеобразной ударной волны. Эта ударная волна образуется в результате того, что при высокой температуре тканевая жидкость мгновенно переходит в газообразное состояние. Особенности биол, действия зависят от длины волны, длительности импульсов, мощности, энергии лазерного излучения, а также от структуры и свойств облучаемых тканей. Имеют значение окраска (пигментация), толщина, плотность, степень наполнения кровью тканей, их физиол, состояние и наличие в них патол, изменений. Чем больше мощность лазерного излучения, тем глубже оно проникает и тем сильнее действует.

В экспериментальных исследованиях было изучено влияние светового излучения различного диапазона на клетки, ткани и органы (кожу, мышцы, кости, внутренние органы и др). результаты к-рого отличаются от термических и лучевых воздействий. После непосредственного воздействия лазерного излучения на ткани и органы в них возникают ограниченные очаги поражения различной площади и глубины в зависимости от характера ткани или органа. При гистол, изучении тканей и органов, подвергшихся воздействию Л., в них можно определить три зоны морфол, изменений: зону поверхностного коагуляционного некроза; зону кровоизлияния и отека; зону дистрофических и некробиотических изменений клетки.

Лазеры в медицине

Разработка импульсных Л., а также Л. непрерывного действия, способных генерировать световое излучение с большой плотностью энергии, создала условия для широкого использования Л. в медицине. К концу 70-х гг. 20 в. лазерное облучение стали применять для диагностики и лечения в различных областях медицины - хирургии (в т. ч. травматологии, кардиоваскулярной, абдоминальной хирургии, нейрохирургии и др.)> онкологии, офтальмологии, стоматологии. Следует подчеркнуть, что основоположником современных методов лазерной микрохирургии глаза является советский офтальмолог академик АМН СССР М. М. Краснов. Наметились перспективы практического использования Л. в терапии, физиотерапии и др. Спектрохимические и молекулярные исследования биол, объектов уже тесно связаны с развитием лазерной эмиссионной спектроскопии, абсорбционной и флюоресцентной спектрофотометрии с использованием перестраиваемых по частоте Л., лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния света. Эти методы наряду с повышением чувствительности и точности измерений сокращают время выполнения анализов, что обеспечило резкое расширение объема исследований для диагностики профзаболеваний, контроля за применением медикаментозных средств, в области судебной медицины и т. п. В сочетании с волоконной оптикой лазерные методы спектроскопии можно применять для просвечивания грудной полости, исследования кровеносных сосудов, фотографирования внутренних органов в целях изучения их функц, отправлений и обнаружения опухолей.

Изучение и идентификация больших молекул (ДНК, РНК и др.) и вирусов, иммунол, исследования, изучение кинетики и биол, активности микроорганизмов, микроциркуляции в кровеносных сосудах, измерение скоростей потоков биол, жидкостей - основные области применения методов лазерной рэлеевской и допплеровской спектрометрии, высокочувствительных экспресс -методов, позволяющих производить измерения при чрезвычайно низких концентрациях исследуемых частиц. С помощью Л. производят микроспектральный анализ тканей, руководствуясь характером вещества, испарившегося под действием излучения.

Дозиметрия лазерных излучений

В связи с колебаниями мощности активного тела Л., особенно газовых (напр., гелий-неоновых), в процессе их эксплуатации, а также по требованиям техники безопасности систематически проводят дозиметрический контроль с помощью специальных дозиметров, калиброванных по стандартным эталонным измерителям мощности, в частности типа ИМО-2, и аттестованных государственной метрологической службой. Дозиметрия позволяет определять эффективные терапевтические дозы и плотность мощности, обусловливающей биол, эффективность лазерного излучения.

Лазеры в хирургии

Первой областью применения Л. в медицине стала хирургия.

Показания

Способность луча Л. рассекать ткани позволила внедрить его в хирургическую практику. Бактерицидный эффект, коагулирующие свойства «лазерного скальпеля» послужили основой для применения его при операциях на жел.-киш. тракте, паренхиматозных органах, при нейрохирургических операциях, у больных, страдающих повышенной кровоточивостью (гемофилия, лучевая болезнь и др.).

С успехом применяются гелий-неоновые и углекислотные Л. при некоторых хирургических заболеваниях и повреждениях: инфицированных, длительно не заживающих ранах и язвах, ожогах, облитерирующем эндартериите, деформирующем артрозе, переломах, аутотрансплантации кожи на ожоговые поверхности, абсцессах и флегмонах мягких тканей и др. Лазерные установки «Скальпель» и «Пульсар» предназначены для резки костей и мягких тканей. Установлено, что излучение Л. стимулирует процессы регенерации, изменяя длительность фаз течения раневого процесса. Напр., после вскрытия гнойников и обработки стенок полостей Л. значительно сокращается время заживления ран по сравнению с другими методами лечения за счет уменьшения инфицированности раневой поверхности, ускорения очищения раны от гнойно-некротических масс и образования грануляций и эпителизации. Гистол, и цитол, исследования показали усиление репаративных процессов вследствие увеличения синтеза РНК и ДНК в цитоплазме фибробластов и содержания гликогена в цитоплазме нейтрофильных лейкоцитов и макрофагах, уменьшение количества микроорганизмов и числа микробных ассоциаций в раневом отделяемом, снижение биол, активности патогенного стафилококка.

Методика

Очаг поражения (рана, язва, ожоговая поверхность и др.) условно разделяют на поля. Каждое поле ежедневно или через 1 - 2 дня облучают Л. малой мощности (10-20 мвт) в течение 5-10 мин. Курс лечения 15-25 сеансов. При необходимости через 25-30 дней можно провести повторный курс; обычно их не повторяют более 3 раз.

Применение лазеров в хирургии (из дополнительных материалов)

Экспериментальные исследования по изучению влияния лазерного излучения на биологические объекты были начаты в 1963-1964 гг. в СССР, США, Франции и нек-рых других странах. Были выявлены свойства лазерного излучения, к-рые определили возможность использования его в клинической медицине. Луч лазера вызывает облитерацию кровеносных и лимфатических сосудов, препятствуя таким образом диссеминации клеток злокачественных опухолей и обусловливая гемостатический эффект. Термическое воздействие лазерного излучения на ткани, расположенные рядом с зоной операции, минимально, но достаточно для обеспечения асептичности раневой поверхности. Лазерные раны заживают быстрее, чем раны, нанесенные скальпелем или электроножом. Лазер не оказывает влияния на работу датчиков биоэлектрических потенциалов. Кроме того, лазерное излучение вызывает фотодинамический эффект - разрушение предварительно фото-сенсибилизированных тканей, а экси-мерные лазеры, используемые, напр., в онкологии, вызывают эффект фотодекомпозиции (разрушения тканей). Излучение низкоэнергетических лазеров оказывает стимулирующее действие на ткани, в связи с чем применяется для лечения трофических язв.

Свойства различных типов лазеров определяются длиной световой волны. Так, углекислотный лазер с длиной волны 10,6 мкм обладает свойством рассекать биологические ткани и в меньшей степени - коагулировать их, лазер, работающий на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ-лазер) с более короткой длиной волны (1,06 мкм), -способностью разрушать и коагулировать ткани, а способность его к рассечению тканей сравнительно мала.

К настоящему времени в клинической медицине используют несколько десятков типов лазерных систем, работающих в разных диапазонах электромагнитного спектра (от инфракрасного до ультрафиолетового). За рубежом для использования в хирургии серийно производятся углекислотные лазеры, лазеры, работающие на аргоне, АИГ-лазеры и др., для терапевтических целей - гелий-веоновые и полупроводниковые лазеры. В СССР серийно выпускаются углекислотные лазеры типа «Ятаган» для использования в офтальмологии, лазеры «Скальпель-1», «Ромашка-1» (цветн. рис. 13), «Ромашка-2» для применения в хирургии, гелий-неоновые лазеры типа Л Г-75 и «Ягода» для терапевтических целей, готовятся к промышленному выпуску полупроводниковые лазеры.

В середине 60-х гг. советские хирурги Б. М. Хромов, Н. Ф. Гамалея, С. Д. Плетнев одними из первых применили лазеры для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей кожи и видимых слизистых оболочек. Развитие лазерной хирургии в СССР связано с созданием в 1969-1972 гг. серийных образцов советских углекислотных лазеров. В 1973-1974 гг. А. И. Головня и А. А. Вишневский (младший) с соавт. опубликовали данные об успешном применении углекислотного лазера для операции на фатеровом соске и для целей кожной пластики. В 1974 г. А. Д. Арапов и соавт. сообщили о первых операциях коррекции клапанного стеноза легочной артерии, выполненных с помощью лазерного излучения.

В 1973-1975 гг. сотрудники лаборатории лазерной хирургии (в наст, время НИИ лазерной хирургии М3 СССР) под руководством проф. О. К. Скобелкина выполнили фундаментальные экспериментальные исследования по применению углекислотного лазера в абдоминальной, кожно-пластической и гнойной хирургии, а с 1975 г. началось внедрение их в клиническую практику. В настоящее время уже накоплен опыт применения лазера в медицине и подготовлены специалисты по лазерной хирургии, в медицинских учреждениях выполнены десятки тысяч операций с использованием лазерного излучения. В НИИ лазерной хирургии М3 СССР разрабатываются новые направления по применению лазерной техники, напр, при эндоскопических оперативных вмешательствах, в кардиохирургии и ангиологии, при микрохирургических операциях, для фотодинамической терапии, рефлексотерапии.

Лазерная хирургия пищевода, желудка и кишечника. Операции на органах жел.-киш. тракта, проводимые с помощью обычных режущих инструментов, сопровождаются кровотечением, образованием внутриор-ганных микрогематом по линии рассечения стенки полого органа, а также инфицированием тканей содержимым полых органов по линии разреза. Использование лазерного скальпеля позволило избежать этого. Операция выполняется на «сухом» стерильном поле. У онкологических больных одновременно уменьшается опасность распространения клеток злокачественных опухолей по кровеносным и лимфатическим сосудам за пределы операционной раны. Некро-биотические изменения вблизи лазерного разреза минимальны в отличие от повреждений, вызываемых традиционными режущими инструментами и электроножом. Поэтому лазерные раны заживают с минимальной воспалительной реакцией. Уникальные свойства лазерного скальпеля послужили поводом для многочисленных попыток применения его в абдоминальной хирургии. Однако эти попытки не дали ожидаемого эффекта, т. к. рассечение тканей производилось при приблизительной визуальной фокусировке и свободном перемещении светового пятна лазерного луча вдоль намеченной линии разреза. При этом не всегда удавалось выполнить бескровный разрез тканей, особенно богато вас-куляризированных, таких как ткани стенки желудка и кишечника. Разрез лазером кровеносных сосудов диаметром более 1 мм вызывает обильное кровотечение; излившаяся кровь экранирует лазерное излучение, быстро снижает скорость рассечения, вследствие чего лазер теряет свойства скальпеля. Кроме того, существует опасность случайного повреждения глубжележащих тканей и органов, а также перегрева тканевых структур.

Работами советских ученых О. К. Скобелкина, Е. И. Брехова, Б. Н. Малышева, В. А. Салюка (1973) показано, что временное прекращение кровообращения вдоль линии рассечения органа позволяет максимально использовать положительные свойства углекислотного лазера, заметно уменьшить зону коагуляционного некроза, увеличить скорость разреза, добиться «биологической сварки» рассекаемых слоев ткани с помощью лазерного излучения небольшой мощности (15-25 вт). Последнее особенно важно в абдоминальной хирургии. Образующаяся при разрезе за счет поверхностной коагуляции тканей легкая спайка удерживает на одном уровне слои рассеченной стенки желудка или кишки, что создает оптимальные условия для выполнения наиболее трудоемкого и ответственного этапа операции - формирования анастомоза. Использование лазерного скальпеля для проведения операций на полых органах стало возможным после разработки комплекта специальных лазерных хирургических инструментов и сшивающих аппаратов (цветн. рис. 1, 2). Многочисленные эксперименты и клинический опыт использования лазеров в абдоминальной хирургии позволили сформулировать основные требования к инструментам. Они должны обладать способностью создавать локальную компрессию и обеспечивать обескровливание органов по линии рассечения тканей; защищать окружающие ткани и органы от прямых и отраженных лучей; по размерам и форме должны быть приспособлены для выполнения того или иного оперативного приема, особенно в труднодоступных областях; способствовать ускоренному рассечению тканей без увеличения мощности лазерного излучения благодаря наличию постоянного интервала между тканями и конусом световода; обеспечивать качественную биологическую сварку тканей.

В настоящее время в абдоминальной хирургии широкое распространение получили механические сшивающие аппараты (см.). Они сокращают время операций, позволяют асептич-но и качественно рассекать и соединять стенки полых органов, однако линия механического шва нередко кровоточит, а высокий надскобочный валик требует тщательной перитони-зации. Лазерные сшивающие аппараты более совершенны, напр, унифицированный НЖКА-60. В них также используется принцип дозированной локальной компрессии тканей: вначале стенку полого органа прошивают металлическими скобками, а затем с помощью лазера рассекают между двумя рядами наложенных скобок. В отличие от обычного механического шва линия лазерного шва стерильна, герметична механически и биологически, не кровоточит; тонкая пленка коагуляционного некроза вдоль линии разреза препятствует проникновению микроорганизмов в глубь тканей; надскобочный валик низкий и легко погружается серозно-мышечными швами.

Оригинальным является лазерный хирургический сшивающий аппарат УПО-16, к-рый конструктивно во многом отличается от известных механических сшивающих аппаратов. Особенность его конструкции заключается в том, что он позволяет в момент сжатия ткани производить и ее растяжение за счет специальной фиксирующей рамки. Это дает возможность более чем в два раза повысить скорость рассечения тканей без увеличения мощности излучения. Аппарат УПО-16 применяют при резекции желудка, тонкой и толстой кишки, а также для выкраивания трубки из большой кривизны желудка при пластике пищевода.

Создание лазерных инструментов и сшивающих аппаратов позволило разработать методики проксимальной и дистальной резекции желудка, тотальной гастрэктомии, различных вариантов пластики пищевода фрагментами желудка и толстой кишкой, оперативных вмешательств на толстой кишке (цветы, табл., ст. 432, рис. 6-8). Коллективный опыт лечебных учреждений, использующих эти методы, основанный на большом материале (2 тыс. оперативных вмешательств), позволяет прийти к заключению, что операции с применением лазеров в отличие от традиционных сопровождаются в 2-4 раза меньшим числом осложнений и в 1,5-3 раза меньшей летальностью. Кроме того, при использовании лазерной техники наблюдаются более благоприятные отдаленные результаты оперативного лечения.

В оперативных вмешательствах на внепеченочных желчных протоках лазеры имеют бесспорное преимущество перед другими режущими инструментами. Полная стерильность, совершенный гемостаз в зоне рассечения тканей значительно облегчают работу хирурга и способствуют повышению качества операции и улучшению результатов лечения. Для выполнения операций на внепеченочных желчных протоках созданы специальные лазерные инструменты, к-рые позволяют успешно выполнять различные варианты холедохотомии с наложением билиодигестивных анастомозов, папиллосфинктеротомию и папиллосфинктеропластику. Операции при этом практически бескровны и атравматичны, что обеспечивает высокий уровень их технического выполнения.

Не менее эффективно использование лазерного скальпеля во время холецистэктомии. При благоприятных топографо-анатомических взаимоотношениях, когда сфокусированный лазерный луч может быть свободно подведен ко всем отделам желчного пузыря, удаление его производится с использованием эффекта фотогидравлической препаровки, исключающей малейшую травму печеночной паренхимы. При этом одновременно осуществляется полная остановка кровотечения и желчеисте-чения из мелких протоков ложа пузыря. Поэтому ушивание его в дальнейшем не требуется. При отсутствии условий для свободного манипулирования лазерным лучом в глубине раны холецистэктомия производится обычным способом, а остановка паренхиматозного кровотечения и желчеистечения в зоне операции осуществляется расфокусированным пучком лазерного излучения. В данном случае лазер также исключает наложение гемостатиче-ских швов на ложе желчного пузыря, к-рые, травмируя близлежащие сосуды и желчные протоки, приводят к их очаговому некрозу.

В экстренной хирургии желчевыводящих путей лазерный скальпель может оказаться незаменимым. Он используется в ряде случаев для удаления желчного пузыря, а в нек-рых случаях - как высокоэффективное средство остановки кровотечения. В тех случаях, когда желчный пузырь практически неудалим и требуется его демукозация, к-рая при выполнении острым путем сопряжена с опасностью кровотечения, целесообразно производить испарение слизистой оболочки расфокусированным лазерным излучением. Полнота удаления слизистой оболочки при полном гемостазе и стерилизация раневой поверхности обеспечивают гладкое послеоперационное течение. Использование лазерной техники открывает новые возможности улучшения качества лечения больных с заболеваниями желчевыводящей системы, частота оперативных вмешательств по поводу к-рых в настоящее время значительно увеличилась.

Применение лазеров в хирургии паренхиматозных органов брюшной полости. Особенности анатомического строения паренхиматозных органов с их разветвленной сосудистой системой обусловливают трудности оперативного вмешательства и тяжесть течения послеоперационного периода. Поэтому до сих пор ведутся поиски наиболее эффективных средств и способов остановки кровотечения, желчеистечения и ферментоистече-ния при оперативных вмешательствах на паренхиматозных органах. Предложено много способов и средств остановки кровотечения из печеночной ткани, к-рые, к сожалению, не удовлетворяют хирургов.

С 1976 г. изучаются возможности и перспективы использования при операциях на паренхиматозных органах различных типов лазеров. Были не только изучены результаты воздействия лазеров на паренхиму, но и разрабатывались методики оперативных вмешательств на печени, поджелудочной железе и селезенке.

При выборе способа оперативного вмешательства на печени приходится решать одновременно такие задачи, как временная остановка кровотока в удаляемой части органа, остановка кровотечения из крупных сосудов и желчеистечения из протоков после резекции органа, остановка паренхиматозного кровотечения.

Для обескровливания удаляемой части печени в эксперименте разработан специальный гепатоклемм. В отличие от предложенных ранее подобных инструментов он обеспечивает полное равномерное сжатие органа. При этом паренхима печени не повреждается, а кровоток в дистальной ее части прекращается. Специальное фиксирующее устройство позволяет удержать гепатоклемм на краю неудаляемой части печени после отсечения подлежащего удалению участка. Это, в свою очередь, позволяет свободно манипулировать не только на крупных сосудах и протоках, но и на паренхиме органа.

При выборе методов обработки крупных сосудов и протоков печени нужно учитывать, что для остановки паренхиматозного кровотечения из мелких сосудов и желчеистечения из мелких протоков будут использоваться углекислотные лазеры и АИГ-лазеры. Для прошивания крупных сосудов и протоков целесообразно применять сшивающий аппарат, к-рый обеспечивает полную остановку кровотечения из них с помощью танталовых скобок; можно производить клипирование их специальными зажимами. Как показали результаты исследования, скобки прочно удерживаются на сосудисто-протоковых пучках как до, так и после обработки лучом лазера раневой поверхности органа. На границе остающейся и удаляемой части печени накладывают и фиксируют гепатоклемм, к-рым сдавливают парен-химу и одновременно крупные сосуды и протоки. Хирургическим скальпелем рассекают капсулу печени, а сосуды и протоки прошивают сшивающим аппаратом. Удаляемую часть печени отсекают скальпелем по краю скобок. Для полной остановки кровотечения и желчеистечения паренхиму печени обрабатывают расфокусированным лучом углекислотного лазера или АИГ-лазера. Остановка паренхиматозного кровотечения из ран печени с помощью АИГ-лазера происходит в 3 раза быстрее, чем с помощью углекислотного лазера.

Оперативное вмешательство на поджелудочной железе имеет свои особенности. Как известно, этот орган весьма чувствителен к любой операционной травме, поэтому грубые манипуляции на поджелудочной железе часто способствуют развитию послеоперационного панкреатита. Разработан специальный зажим, позволяющий, не разрушая паренхимы поджелудочной железы, обеспечивать резекцию ее лучом лазера. На удаляемую часть накладывают лазерный зажим с прорезью в центре. По направляющей прорези ткань железы пересекают сфокусированным лучом углекислотного лазера. При этом паренхима органа и панкреатический проток, как правило, полностью герметично запаиваются, что позволяет избежать дополнительной их травмы при наложении швов для герметизации культи органа.

Изучение гемостатического действия различных типов лазеров при травмах селезенки показало, что кровотечение из небольших ее ран можно остановить как углекислотным лазером, так и АИГ-лазером, а остановка кровотечения из больших ран возможна только с помощью излучения АИГ-лазера.

Применение лазеров в хирургии легких и плевры. Луч углекислотного лазера используют при торакото-мии (для пересечения межреберных мышц и плевры), благодаря чему кровопотеря на этом этапе не превышает 100 мл. Применяя компрессионные зажимы, выполняют атипичные небольшие резекции легких после прошивания легочной ткани аппаратами У0-40 или У0-60. Рассечение резецируемой части легкого сфокусированным лучом лазера и последующая обработка легочной паренхимы расфокусированным лучом позволяют получить надежный гемостаз и аэростаз. При выполнении анатомических резекций легких главный бронх прошивают аппаратом У0-40 или У0-60 и пересекают сфокусированным лучом углекислотного лазера. В результате достигается стерилизация и герметизация культи бронха. Раневую поверхность легочной ткани с целью гемостаза и аэростаза обрабатывают расфокусированным лучом. Операционная кровопотеря при использовании лазера уменьшается на 30-40%, послеоперационная - в 2-3 раза.

При хирургическом лечении эмпиемы плевры вскрытие полости эмпиемы и манипуляции в ней производят сфокусированным лучом углекислотного лазера, окончательный гемостаз и стерилизация полости эмпиемы осуществляется расфокусированным лучом. В результате длительность вмешательства снижается в 1V2 раза, а кровопотеря уменьшается в 2-4 раза.

Применение лазеров в хирургии сердца. Для лечения суправентрику-лярных аритмий сердца используют А И Г-лазер, с помощью к-рого пересекают пучок Гиса или аномальные проводящие пути сердца. Луч лазера подводят интракардиально во время торакотомии и кардиотомии или интравазально с помощью гибкого световода, помещаемого в специальный сосудистый зонд.

В последнее время в СССР и США начаты перспективные исследования по лазерной реваскуляризации миокарда при ишемической болезни сердца. Лазерную реваскуляризацию в сочетании с аортокоронарным шунтированием выполняют на остановленном сердце, а вмешательство, заключающееся только в применении лазера, - на работающем сердце. Короткими импульсами мощного углекислотного лазера в стенке левого желудочка проделывают 40-70 сквозных каналов. Эпикардиальную часть каналов тромбируют прижатием тампона на несколько минут. Интрамуральная часть каналов служит для питания ишемизированного миокарда кровью, поступающей из просвета желудочка. В последующем вокруг каналов образуется сеть микрокапилляров, улучшающих питание миокарда.

Применение лазера в кожно-пластической хирургии. Сфокусированный луч углекислотного лазера используют для радикального, в пределах здоровых тканей, иссечения небольших доброкачественных и злокачественных опухолей. Более крупные образования (фибромы, атеромы, папилломы, пигментные невусы, рак и меланома кожи, метастазы в кожу злокачественных опухолей, а также татуировку) разрушают воздействием расфокусированного луча лазера (цветн. рис. 12-15). Заживление небольших ран в таких случаях происходит под струпом. Большие раневые поверхности закрывают кожным аутотрансплантатом. Преимущества лазерной хирургии заключаются в хорошем гемостазе, стерильности раневой поверхности и высокой радикальности вмешательства. При неоперабельных, особенно распадающихся злокачественных опухолях кожи лазер применяют для испарения и разрушения опухоли, что позволяет добиться стерилизации поверхности, остановки возникающих кровотечений и ликвидации неприятного запаха.

Хорошие результаты, особенно в косметическом плане, достигаются с помощью аргонового лазера при лечении сосудистых опухолей и удалении татуировок. Излучение лазера применяют для подготовки реци-пиентного участка и заготовки (взятия) кожного трансплантата. Реципиентный участок при трофических язвах стерилизуют и освежают с помощью сфокусированного и расфокусированного луча лазера, при ранах после глубоких ожогов некрэктомию производят расфокусированным лучом. Для взятия в качестве трансплантата полнослойного кожного лоскута используют эффект лазерной фотогидравлической препаровки биологических тканей, разработанный в НИИ лазерной хирургии М3 СССР. Для этого в подкожную клетчатку вводят изотонический солевой раствор или 0,25- 0,5% раствор новокаина. Сфокусированным лучом углекислотного лазера производят отсепаровку трансплантата от подлежащих тканей за счет кавитации предварительно введенной жидкости, к-рая возникает под действием высокой температуры в точке воздействия лазера. В результате не образуются гематомы и достигается стерильность трансплантата, что способствует лучшему его приживлению (цветн. рис. 9-11). По данным обширного клинического материала, приживляемость аутотрансплантата, взятого с помощью лазера, в целом достигает 96,5%, а в челюстно-лицевой хирургии - 100%.

Лазерная хирургия гнойных заболеваний мягких тканей. Применение лазера в этой области позволило добиться сокращения в 1,5-2 раза сроков лечения, а также экономии медикаментов и перевязочного материала. При относительно небольшом гнойном очаге (абсцесс, карбункул) его радикально иссекают сфокусированным лучом углекислотного лазера и накладывают первичный шов. На открытых частях тела целесообразнее испарение очага расфокусированным лучом и заживление раны под струпом, что дает вполне удовлетворительный косметический эффект. Большие абсцессы, в т. ч. постинъек-ционные, а также гнойный мастит вскрывают механическим путем. После удаления содержимого абсцесса стенки полости обрабатывают поочередно сфокусированным и расфокусированным лучом лазера с целью испарения некротических тканей, стерилизации и гемостаза (цветн. рис. 3-5). После лазерной обработки гнойные раны, в т. ч. послеоперационные, ушивают; при этом необходимы активная и фракционная аспирация их содержимого и промывание полости. По данным бактериологического исследования, в результате применения лазерного излучения количество микробных тел в 1 г ткани раны у всех больных ниже критического уровня (104- 101). Для стимуляции заживления гнойных ран целесообразно применение низкоэнергетических лазеров.

При термических ожогах III степени производят некрэктомию сфокусированным лучом углекислотного лазера, благодаря чему достигаются гемостаз и стерилизация раны. Кровопотеря при использовании лазера сокращается в 3-5 раз, уменьшается также потеря белка с экссудатом. Вмешательство заканчивается аутопластикой кожным лоскутом, заготовленным путем лазерной фотогидравлической препаровки биологических тканей. Этот метод позволяет снизить летальность и улучшить функциональные и косметические результаты.

При вмешательствах на аноректальной области, напр, для оперативного лечения геморроя, чаще применяют углекислотный лазер. Характерно, что заживление раны после отсечения геморроидального узла происходит с менее выраженным, чем после обычной операции, болевым синдромом, раньше начинает функционировать сфинктерный аппарат, реже развиваются стриктуры заднего прохода. Иссечение параректальных свищей и трещин заднего прохода лучом углекислотного лазера позволяет добиться полной стерильности раны, в связи с чем она хорошо заживает после ушивания наглухо. Эффективно применение лазера для радикального иссечения эпителиальных копчиковых свищей.

Применение лазеров в урологии и гинекологии. Углекислотные лазеры используют при проведении циркумцизии, удалении доброкачественных и злокачественных опухолей полового члена, наружной части уретры. Расфокусированным лучом лазера испаряют небольшие опухоли мочевого пузыря при трансабдоминальном доступе, сфокусированным лучом производят резекцию стенки мочевого пузыря при более обширных опухолях, благодаря чему достигается хороший гемостаз и повышается радикальность вмешательства. Интрауретральные опухоли и стриктуры, а также опухоли мочевого пузыря удаляют и реканализируют с помощью аргонового или АИГ-лазера, энергию к-рых к месту операции подводят с помощью фиброволоконной оптики через жесткие или гибкие у ретроцистоскопы.

Углекислотные лазеры применяют для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей наружных половых органов, для пластики влагалища и чрезвлагалищной ампутации матки. Получила признание лазерная конизация шейки матки при лечении эрозий, предраковых заболеваний, рака шейки матки и канала шейки матки. С помощью углекислотного лазера выполняют резекцию придатков матки, ампутацию матки, миомэктомию. Особый интерес представляют реконструктивные операции с помощью микрохирургической техники при лечении женского бесплодия. Лазером рассекают спайки, резецируют обтурированные участки маточных труб, создают искусственные отверстия в дистальном отделе маточной трубы или в ее интрамуральной части.

Лазерная эндоскопическая хирургия применяется для лечения заболеваний гортани, глотки, трахеи, бронхов, пищевода, желудка, кишечника, уретры и мочевого пузыря. Там, где доступ к опухоли возможен только с помощью жестких эндоскопических систем, используют углекислотный лазер, соединенный с операционным микроскопом. Луч этого лазера позволяет испарить или разрушить опухоль либо произвести реканализацию просвета трубчатого органа, стено-знрованного опухолью или стриктурой. Воздействие на патологические образования, расположенные в трубчатых органах и доступные для осмотра только с помощью гибкой эндоскопической техники, осуществляется аргоновым или АИГ-лазером, энергия к-рых подводится через кварцевую фиброволоконную оптику.

Наиболее широко эндоскопические методы лазерной хирургии применяют для коагуляции сосудов при острых кровотечениях из язв желудка и двенадцатиперстной кишки. В последнее время лазерным излучением стали пользоваться для радикального лечения рака желудка I стадии, рака прямой и ободочной кишок, а также для реканализации просвета пищевода или прямой кишки, обтурированного опухолью, что позволяет избежать наложения постоянной гастростомы или коло-стомы.

Лазерная микрохирургия. Лазерные микрохирургические вмешательства выполняют с помощью углекислотного лазера, соединенного с операционным микроскопом, оснащенным микроманипулятором. Этот метод применяют для испарения или разрушения небольших опухолей полости рта, глотки, гортани, голосовых связок, трахеи, бронхов, при операциях на среднем ухе, для лечения заболеваний шейки матки, для реконструктивных вмешательств на маточных трубах. С помощью операционного микроскопа с микроманипулятором тонкий луч лазера (диам. 0,1 - 0,15 мм) направляют точно на оперируемый объект, что позволяет производить прецизионные вмешательства без повреждения здоровых тканей. Лазерная микрохирургия обладает еще двумя преимуществами: одновременно с удалением патологического образования осуществляется гемостаз; лазерный манипулятор удален от оперируемого объекта на 30-40 см, поэтому операционное поле хорошо обозримо, в то время как при обычных операциях его загораживают инструменты. В последнее время энергию лазеров, работающих на углекислом газе, аргоне и алю-моиттриевом гранате с неодимом, применяют для анастомозирования мелких кровеносных сосудов, сухожилий и нервов.

Лазерная ангиопластика. В наст, время изучается возможность восстановления проходимости артерий среднего калибра с помощью излучения углекислотного, аргонового лазеров и АИГ-лазеров. За счет термического компонента лазерного луча возможно разрушение или испарение тромбов и атеросклеротических бляшек. Однако при использовании этих лазеров нередко повреждается сама стенка кровеносного сосуда, что приводит к кровотечениям или формированию тромба в зоне воздействия лазера. Не менее эффективно и более безопасно применение излучения эк-симерных лазеров, энергия к-рых вызывает деструкцию патологического образования за счет фотохимической реакции, не сопровождающейся повышением температуры и воспалительной реакцией. Широкому внедрению метода лазерной ангиопластики в клиническую практику препятствует ограниченное пока число эксимерных лазеров и специальных весьма сложных по конструкции катетеров с каналами для освещения, подвода лазерной энергии и удаления продуктов распада тканей.

Лазерная фото динамическая терапия. Известно, что нек-рые производные гематопорфиринов более активно поглощаются клетками злокачественных опухолей и дольше в них задерживаются, чем в нормальных клетках. На этом эффекте основана фотодинамическая терапия опухолей кожи и видимых слизистых оболочек, а также опухолей трахеи, бронхов, пищевода, желудка, кишечника, мочевого пузыря. Предварительно фотосенсибилизированную введением гематопорфирина злокачественную опухоль облучают лазером в красной или сине-зеленой полосе спектра. В результате этого воздействия клетки опухоли разрушаются, а рядом расположенные и также подвергшиеся облучению нормальные клетки остаются неизмененными.

Лазеры в онкологии

В 1963- 1965 гг. в СССР и СЕТА были проведены опыты на животных, показавшие, что излучением Л. можно разрушать перевиваемые опухоли. В 1969 г. в Ин-те проблем онкологии АН УССР (Киев) было открыто первое отделение лазерной терапии онкол, профиля, оборудованное специальной установкой, с помощью к-рой лечили больных с опухолями кожи (рис. 2). В дальнейшем делались попытки распространения лазерной терапии опухолей и другой локализации.

Показания

Л. применяют при лечении кожных доброкачественных и злокачественных опухолей, а также некоторых предопухолевых состояний женских половых органов. Воздействие на глубоко расположенные опухоли требует обычно их обнажения, т. к. при прохождении сквозь ткани лазерное излучение значительно ослабляется. Благодаря более интенсивному поглощению света пигментированные опухоли - меланомы, гемангиомы, пигментные невусы и др.- легче поддаются лазерной терапии, чем непигментированные (рис. 3). Разрабатываются методы применения Л. для лечения опухолей других органов (гортани, гениталий, молочной железы и др.).

Противопоказанием к применению Л. являются опухоли, расположенные около глаз (из-за опасности повреждения органа зрения) .

Методика

Существует два метода применения Л.: облучение опухоли с целью некротизации и иссечение ее. При проведении лечения с целью вызвать некроз опухоли производят: 1) обработку объекта малыми дозами излучений, иод действием которых участок опухоли разрушается, а остальная ее часть постепенно некротизируется; 2) облучение большими дозами (от 300 до 800 дж/см 2); 3) множественное облучение, в результате к-рого происходит тотальная гибель опухоли. При лечении методом некротизации облучение кожных опухолей начинают с периферии, постепенно продвигаясь к центру, обычно захватывая пограничную полосу нормальных тканей шириной 1,0-1,5 см. Необходимо облучение всей массы опухоли, т. к. необлученные участки являются источником возобновления роста. Величина энергии излучения определяется типом Л. (импульсный или непрерывного действия), спектральной областью и другими параметрами излучения, а также особенностями опухоли (пигментацией, размерами, плотностью и др.). При лечении непигментированных опухолей можно вводить в них окрашенные соединения, усиливающие поглощение излучения и разрушение опухоли. Вследствие некротизации ткани на месте кожной опухоли образуется черная или темно-серая корка, к-рая отпадает через 2-6 нед. (рис. 4).

При иссечении опухоли с помощью лазера достигается хороший гемостатический и асептический эффект. Метод находится в стадии разработки.

Исходы

Л. может быть разрушена любая доступная облучению опухоль. При этом не возникает побочных эффектов, в частности в кроветворной системе, что дает возможность лечить больных пожилого возраста, ослабленных пациентов и детей раннего возраста. При пигментированных опухолях избирательно разрушаются только опухолевые клетки, чем обеспечивается щадящее воздействие и благоприятные в косметическом отношении результаты. Излучение можно точно сфокусировать и, следовательно, вмешательство строго локализовать. Гемостатическое действие лазерного излучения дает возможность ограничить кровопотери). Успешный результат при лечении рака кожи, по 5-летним наблюдениям, отмечен в 97% случаев (рис. 5).

Осложнения : обугливание

тканей при их рассечении.

Лазеры в офтальмологии

Традиционные импульсные немодулированные Л. (обычно на рубине) использовались до 70-х гг. для прижиганий на глазном дне, напр, с целью образования хориоретинальной спайки при лечении и профилактике отслойки сетчатки, при небольших опухолях и т. д. На этом этапе область их применения была примерно той же, что у фотокоагуляторов, использующих обычный (немонохроматический, некогерентный) луч света.

В 70-х гг. в офтальмологии были с успехом применены новые типы Л. (цветн. рис. 1 и 2): газовые Л. постоянного действия, модулированные Л. с «гигантскими» импульсами («холодные» Л.), Л. на красителях и ряд других. Это значительно расширило область клин, применения Л. на глазу - стало возможным активное вмешательство на внутренних оболочках глаза без вскрытия его полости.

Большую практическую значимость представляют следующие области клин, лазерной офтальмологии.

1. Известно, что сосудистые заболевания глазного дна выходят (а в ряде стран уже вышли) на первое место среди причин неизлечимой слепоты. Среди них широкое распространение имеет диабетическая ретинопатия, к-рая развивается почти у всех больных диабетом с продолжительностью заболевания 17- 20 лет.

Больные обычно теряют зрение в результате повторных внутриглазных кровоизлияний из новообразованных патологически измененных сосудов. С помощью лазерного пучка (наилучшие результаты дают газовые, напр, аргоновые, Л. постоянного действия) коагуляции подвергаются как измененные сосуды с участками транссудации, так и зоны новообразованных сосудов, особенно подверженных разрыву. Успешный результат, сохраняющийся в течение ряда лет, отмечается примерно у 50% больных. Обычно коагулируют и непораженные участки сетчатки, которые не имеют первостепенного функц, значения (панретинальная коагуляция).

2. Тромбозы ретинальных сосудов (особенно вен) также стали доступны прямому леч. воздействию только с использованием Л. Лазеркоагуляция способствует активизации кровообращения и оксигенации в сетчатке, уменьшению или ликвидации трофического отека сетчатки, который без леч. воздействия обычно завершается тяжелыми необратимыми изменениями (цветн. рис. 7-9).

3. Дегенерация сетчатки, особенно в стадии транссудации, в ряде случаев успешно поддается лазертерапии, к-рая представляет практически единственный путь активного вмешательства в этот патол, процесс.

4. Очаговые воспалительные процессы на глазном дне, перифлебиты, ограниченные проявления ангиоматоза в ряде случаев также успешно излечиваются с помощью лазертерапии.

5. Вторичные катаракты и мембраны в области зрачка, опухоли и кисты радужной оболочки благодаря использованию Л. впервые стали объектом нехирургического лечения (цветн. рис. 4-6).

Профилактические мероприятия против поражения лучами лазера

Защитные и гиг. мероприятия для профилактики неблагоприятного действия излучений Л. и других сопутствующих факторов должны включать мероприятия коллективного характера: организационные, инженерно-технические. планировочные, санитарно-гигиенические, а также предусматривать индивидуальные средства защиты.

Обязательным является требование оценки перед началом эксплуатации лазерной установки основных неблагоприятных факторов и особенностей распространения лазерного излучения (как прямого, так и отраженного). Инструментальным измерением (в крайнем случае расчетным путем) определяют вероятные направления и участки, на которых возможны опасные для организма (превышают ПДУ) уровни излучения.

Для обеспечения безопасных условий труда, помимо строгого соблюдения коллективных мероприятий, рекомендуется пользование средствами индивидуальной защиты - очками, щитками, масками, обладающими спектрально-селективной прозрачностью, и специальной защитной одеждой. Примером отечественных защитных очков от лазерных излучений в области спектра с длиной волны 0,63-1,5 мкм являются очки, изготовленные из сине-зеленого стекла СЗС-22, обеспечивающие защиту глаз от излучений рубинового и неодимового Л. При работе с мощными Л. более эффективны защитные щитки и маски, на руки надеваются перчатки из замши или кожи. Рекомендуется ношение передников и халатов различных цветов. Выбор средств защиты должен производиться индивидуально в каждом конкретном случае квалифицированными специалистами.

Медицинское наблюдение за работающими с лазером. Работы, связанные с обслуживанием лазерных установок, включены в списки работ с вредными условиями труда, а работающие подлежат предварительным и периодическим (один раз в год) медосмотрам. В осмотрах обязательно участие окулиста, терапевта, невропатолога. При исследовании органа зрения применяют щелевую лампу.

Помимо врачебного обследования, проводят клин, анализ крови с определением гемоглобина, эритроцитов, ретикулоцитов, тромбоцитов, лейкоцитов и РОЭ.

Библиография: Александров М. Т. Применение лазеров в экспериментальной и клинической стоматологии, Мед. реферат. журн., разд. 12 - Стоматология, № 1, с. 7, 1978, библиогр.; Гамалея Н. Ф. Лазеры в эксперименте и клинике, М., 1972, библиогр.; КавецкийР. Е. и др. Лазеры в биологии и медицине, Киев, 1969; К о р ы т н ы й Д. Л. Лазерная терапия и ее применение в стоматологии, Алма-Ата, 1979; Краснов М. М. Лазерная микрохирургия глаза, Вестн, офтальм., №1, с. 3, 1973, библиогр.; Лазарев И. Р. Лазеры в онкологии, Киев, 1977, библиогр.; Осипов Г. И. и Пятин М. М. Повреждение глаза лучом лазера, Вестн, офтальм., № 1, с. 50, 1978; П л e т н e в С. Д. и др. Газовые лазеры в экспериментальной и клинической онкологии, М., 1978; П р о-хончуков А. А. Достижения квантовой электроники в экспериментальной и клинической стоматологии, Стоматология, т. 56, № 5, с. 21, 1977, библиогр.; Семенов А. И. Влияние излучений лазеров на организм и меры профилактики, Гиг. труда и проф. заболев., № 8, с. 1, 1976; Средства и методы квантовой электроники в медицине, под ред. Р. И. Утямы-шева, с. 254, Саратов, 1976; Хромов Б. М. Лазеры в экспериментальной хирургии, Л., 1973, библиогр.; Хромов Б.М. и др. Лазерная терапия хирургических заболеваний, Вестн, хир., № 2, с. 31, 1979; L’Esperance F. A. Ocular photocoagulation, a stereoscopic atlas, St Louis, 1975; Laser applications in medicine and biology, ed. by M. L. Wolbarsht, v< i -з? N. Y.- L., 1971-1977, bibliogr.

Применение лазеров в хирургии - Арапов А. Д. и др. Первый опыт применения лазерного луча в кардиохирургии, Эксперим. хир., № 4, с. 10, 1974; Вишневский А. А., Митькова Г. В. иХаритонА. С. Оптические квантовые генераторы непрерывного типа действия в пластической хирургии, Хирургия, № 9, с. 118, 1974; Гамалея Н. Ф. Лазеры в эксперименте и клинике, М., 1972; Г о л о в н я А. И. Реконструктивные и повторные операции на фатеровом соске с помощью луча лазера, в кн.: Вопр. компенсации в хир., под ред. А. А. Вишневского и др., с. 98, М., 1973; Лазеры в клинической медицине, под ред. С. Д. Плетнева, с. 153, 169, М., 1981; Плетнев С. Д., Абдуразаков М. III. и Каpпенко О. М. Применение лазеров в онкологической практике, Хирургия, JV& 2, с. 48, 1977; Xромов Б. М. Лазеры в экспериментальной хирургии, Л., 1973; Черноусов А. Ф., Д о м-рачев С. А. и Абдуллаев А. Г. Применение лазера в хирургии пищевода и желудка, Хирургия, № 3, с. 21, 1983, библиогр.

В. А. Поляков; В. И. Белькевич (техн.), H. Ф. Гамалея (онк.), М. М. Краснов (офт.), Ю. П. Пальцев (гиг), А. А. Прохончуков (стом.), В. И. Стручков (хир.), О. К. Скобелкин (хир.), Е. И. Брехов (хир.), Г. Д. Литвин (хир.), В. И. Корепанов (хир.).

Ульяновский Государственный Университет

Факультет Трансферных специальностей

Реферат

По дисциплине:

“Концепции современного естествознания”

На тему:

“Лазер и его применение в медицине”

Выполнил:

Студент группы ФТС-17

Алешин Алексей

Ульяновск, 2009г.

1.Введение 3

2.Лазер 4

2.1 Устройство лазера 5

2.2 Классификация лазеров 9

3. Лазеры в медицине 10

3.1 Стоматология 11

3.2 Хирургия 15

3.3 Сосудистые заболевания кожи 16

3.4 Фотоомоложение кожи 17

3.5 Удаление татуировок и пигментных пятен 18

3.6 Применение лазера в лечении ЛОР-заболеваний 19

3.7 Офтальмология 20

4. Заключение 21

Источники 22

1.Введение

Уже самое начало XX века было отмечено величайшими достижениями человеческого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов продемонстрировал изобретенное им устройство связи без проводов, а год спустя аналогичное устройство предложил итальянский техник и предприниматель Г. Маркони. Так родилось радио. В конце уходящего века был создан автомобиль с бензиновым двигателем, который пришел на смену изобретенному еще в XVIIIв. паровому автомобилю. К началу XX столетия уже действовали линии метро в Лондоне, Нью-Йорке, Будапеште, Вене. 17 декабря 1903 г. американские инженеры братья Орвилл и Уилбор Райт пролетели 260м на созданном ими первом в мире аэроплане, а через 12 лет русский инженер И.И.Сикорский сконструировал и построил первый в мире многомоторный самолет, дав ему имя «Илья Муромец». Не менее потрясающими оказались достижения в физике. Только за одно десятилетие на рубеже двух веков было сделано пять открытий. В 1895г. немецкий физик В. Рентген открыл новый вид излучения, названный позднее его именем; за это открытие он получил в 1901г. Нобелевскую премию, став, таким образом, первым в истории нобелевским лауреатом. В 1896г. французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности - Нобелевская премия 1903 г. В 1897г. английский физик Дж. Дж. Томсон открыл электрон и в следующем году измерил его заряд - Нобелевская премия 1906г. 14 декабря 1900г. на заседании Немецкого физического общества Макс Планк дал вывод формулы для испускательной способности черного тела; этот вывод опирался на совершенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории - одной из основных физических теорий XX века. В 1905 г. молодой Альберт Эйнштейн - ему тогда было всего 26 лет - опубликовал специальную теорию относительности. Все эти открытия производили ошеломляющее впечатление и многих повергали в замешательство - они никак не укладывались в рамки существовавшей физики, требовали пересмотра ее основных представлений. Едва начавшись, 20-й век возвестил о рождении новой физики, обозначил невидимую грань, за которой осталась прежняя физика, получившая название «классическая». И вот сегодня человек получил в своё распоряжение всемогущий луч лазера. На что употребит он это новое завоевание ума? Чем станет лазер: универсальным инструментом, надёжным помощником или, напротив, грозным космическим оружием, ещё одним разрушителем?

2. Лазер

Ла́зер (англ.laser , сокр. от L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation - «усиление света посредством вынужденного излучения»), опти́ческий ква́нтовыйгенера́тор - устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза. Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения . Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайное направление распространения, поляризацию и фазу.

Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре - это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки. Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённым состоянии. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.). Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет из себя два зеркала, одно из которых полупрозрачное - через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности (так называемые гигантские импульсы. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности. Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум. Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляроиды, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера.

2.1 Устройство лазера.

Все лазеры состоят из трёх основных частей:

• активной (рабочей) среды;
• системы накачки (источник энергии);
• оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).

Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

Активная среда

В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются все агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное и даже плазма. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях определяется распределением Больцмана:

здесь N - число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии с энергией E , N 0 - число атомов, находящихся в основном состоянии, k - постоянная Больцмана, T - температура среды. Иными словами таких атомов очень мало, поэтому вероятность того, что фотон, распространяясь по среде вызовет вынужденное излучение также очень мала по сравнению с вероятностью его поглощения. Поэтому электромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на возбуждение атомов. Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера:

здесь I 0 - начальная интенсивность, I l - интенсивность излучения, прошедшего расстояние l в веществе, a 1 - коэффициент поглощения вещества. Поскольку зависимость экспоненциальная, излучение очень быстро поглощается.

В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо противоположна. Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и излучение усиливается по закону:

где a 2 - коэффициент квантового усиления. В реальных лазерах усиление происходит до тех пор пока величина поступающей за счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой в резонаторе. Эти потери связаны с насыщением метастабильного уровня рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а также с наличием множества других факторов (рассеяние на неоднородностях среды, поглощение примесями, неидеальностью отражающих зеркал, полезное и нежелательное излучение в окружающую среду и пр.).

Система накачки

Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых). При этом возможна работа только в импульсном режиме, поскольку требуются очень большие плотности энергии накачки, вызывающие при длительном воздействии сильный разогрев и разрушение стержня рабочего вещества. В газовых и жидкостных лазерах (см. гелий-неоновый лазер, лазер на красителях) используется накачка электрическим разрядом. Такие лазеры работают в непрерывном режиме. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют и другие методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газов; фотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.).

На рисунке: а - трёхуровневая и б - четырехуровневая схемы накачки активной среды лазера.

Классическая трёхуровневая система накачки рабочей среды используется, например, в рубиновом лазере. Рубин представляет из себя кристаллкорунда Al 2 O 3 , легированный небольшим количеством ионовхрома Cr 3+ , которые и являются источником лазерного излучения. Из-за влияния электрического полякристаллической решётки корунда внешний энергетический уровень хрома E 2 расщеплён (см. эффект Штарка). Именно это делает возможным использование немонохроматического излучения в качестве накачки. При этом атом переходит из основного состояния с энергией E 0 в возбуждённое с энергией около E 2 . В этом состоянии атом может находиться сравнительно недолго (порядка 10 −8 с), почти сразу происходит безизлучательный переход на уровень E 1 , на котором атом может находиться значительно дольше (до 10 −3 с), это так называемый метастабильный уровень. Возникает возможность осуществления индуцированного излучения под воздействием других случайных фотонов. Как только атомов, находящихся в метастабильном состоянии становится больше, чем в основном, начинается процесс генерации.

Следует отметить, что создать инверсию населённостей атомов хрома Cr с помощью накачки непосредственно с уровня E 0 на уровень E 1 нельзя. Это связано с тем, что если поглощение и вынужденное излучение происходят между двумя уровнями, то оба эти процесса протекают с одинаковой скоростью. Поэтому в данном случае накачка может лишь уравнять населённости двух уровней, чего недостаточно для возникновения генерации.

В некоторых лазерах, например в неодимовом, активной средой которого является специальный сорт стекла, легированный ионами неодима Nd 3+ , используется четырехуровневая схема накачки. Здесь между метастабильным E 2 и основным уровнем E 0 имеется промежуточный - рабочий уровень E 1 . Вынужденное излучение происходит при переходе атома между уровнями E 2 и E 1 . Преимуществом этой схемы является то, что порог генерации достигается, когда населённость метастабильного уровня становится больше населённости рабочего уровня, которая незначительна в состоянии термодинамического равновесия, поскольку последний находится достаточно далеко от основного уровня. Это значительно снижает требования к источнику накачки. Кроме того, подобная схема позволяет создавать мощные лазеры, работающие в непрерывном режиме, что очень важно для некоторых применений.

Оптический резонатор

В ширину спектральной линии , изображённой на рисунке зелёным цветом, укладывается три собственных частоты резонатора . В этом случае генерируемое лазером излучение будет трехмодовым . Для фиолетовой линии излучение будет чисто монохроматическим .

Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, усиливая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора, и ослабляя другие. Если на оптической длинеL резонатора укладывается целое (в смысле «не дробное») число полуволн n :

то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные, близко расположенные волны, постепенно гасят друг друга. Таким образом спектр собственных частот оптического резонатора определяется соотношением:

здесь c - скорость света в вакууме. Интервалы между соседними частотами резонатора одинаковы и равны:

Линии в спектре излучения в силу различных причин (доплеровское уширение, внешние электрические и магнитное поля, квантовомеханическое эффекты и др.) всегда имеют определённую ширину . Поэтому могут возникать ситуации, когда на ширину спектральной линии укладывается несколько собственных частот резонатора. В этом случае излучение лазера будет многомодовым. Синхронизация этих мод позволяет добиться того, чтобы излучение представляло собой последовательность коротких и мощных импульсов. Если же , то в излучении лазера будет присутствовать только одна частота, в данном случае резонансные свойства системы зеркал слабо выражены на фоне резонансных свойств спектральной линии. При более строгом расчёте необходимо учитывать, что усиливаются волны, распространяющиеся не только параллельно оптической оси резонатора, но и под малым углом к ней. Условие усиления тогда принимает вид:

Это приводит к тому, что интенсивность пучка лучей лазера различна в разных точках плоскости, перпендикулярной этому пучку. Здесь наблюдается система светлых пятен, разделённых тёмными узловыми линиями. Для устранения этих нежелательных эффектов используют различные диафрагмы, рассеивающие нити, а также применяют различные схемы оптических резонаторов.

2.2 Классификация лазеров:

· Твердотельные лазеры на люминесцирующихтвёрдых средах (диэлектрическиекристаллы и стёкла). В качестве активаторов обычно используются ионыредкоземельных элементов или ионы группы железа Fe. Накачка оптическая и от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырехуровневой схеме. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным и квазинепрерывном режимах.

· Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки (инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами), а квантовые переходы происходят между разрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры - наиболее употребительный в быту вид лазеров. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине (см. фотодинамическая терапия).

· Лазеры на красителях. Тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектроворганических красителей. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне. Применяются в спектроскопических исследованиях.

· Газовые лазеры - лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Работают в непрерывном и импульсном режимах. В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами (например, лазеры с ядерной накачкой, в начале 80-х проводились испытания систем противоракетной обороны на их основе, однако, без особого успеха), газодинамические и химические лазеры. По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры.

· Газодинамические лазеры - газовые лазеры с тепловой накачкой, инверсия населённостей в которых создаётся между возбуждёнными колебательно-вращательными уровнями гетероядерных молекул путём адиабатического расширения движущейся с высокой скоростью газовой смеси (чаще N 2 +CO 2 +He или N 2 +CO 2 +Н 2 О, рабочее вещество - CO 2).

· Эксимерные лазеры - разновидность газовых лазеров, работающих на энергетических переходах эксимерных молекул (димерахблагородных газов, а также их моногалогенидов), способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии. Накачка осуществляется пропусканием через газовую смесь пучка электронов, под действием которых атомы переходят в возбуждённое состояние с образованием эксимеров, фактически представляющих из себя среду с инверсией населённостей. Эксимерные лазеры отличаются высокими энергетическими характеристикам, малым разбросом длины волны генерации и возможности её плавной перестройки в широком диапазоне.

· Химические лазеры - разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов). Лазерные переходы происходят между возбуждёнными колебательно-вращательными и основными уровнями составных молекул продуктов реакции. Для осуществления химических реакций в среде необходимо постоянное присутствие свободных радикалов, для чего используются различные способы воздействия на молекулы для их диссоциации. Отличаются широким спектром генерации в ближней ИК-области, большой мощностью непрерывного и импульсного излучения.

· Лазеры на свободных электронах - лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле (за счёт чего осуществляется излучение) и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения. Основной особенностью является возможность плавной широкодиапазонной перестройки частоты генерации. Различают убитроны и скаттроны, накачка первых осуществляется в пространственно-периодическом статическом поле ондулятора, вторых - мощным полем электромагнитной волны. Существуют также мазеры на циклотронном резонансе и строфотроны, основанные на тормозном излучении электронов, а также флиматроны, использующие эффект черенковского и переходного излучений. Поскольку каждый электрон излучает до 10 8 фотонов, лазеры на свободных электронах являются, по сути, классическими приборами и описываются законами классической электродинамики.

· Квантовые каскадные лазеры − полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными и дырочными уровнями, разделенными запрещенной зонойполупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших затрат энергии.

· Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры, гамма-лазеры и др.).

3. Лазеры в медицине

С появлением промышленных лазеров наступила новая эра в хирургии. При этом пригодился опыт специалистов по лазерной обработке металла. Приваривание лазером отслоившейся сетчатки глаза - это точечная контактная сварка; лазерный скальпель - автогенная резка; сваривание костей - стыковая сварка плавлением; соединение мышечной ткани - тоже контактная сварка. Для того чтобы лазерное излучение оказало какое-либо действие, надо, чтобы ткань его поглощала. Самый популярный лазер в хирургии - углекислотный. Другие лазеры монохроматичны, то есть нагревают, разрушают или сваривают только некоторые биологические ткани с вполне определенной окраской. Например, луч аргонового лазера свободно проходит через матовое стекловидное тело и отдает свою энергию сетчатке, цвет которой близок к красному. Углекислотный лазер пригоден в большинстве случаев, например когда нужно рассечь или приварить друг к другу ткани разного цвета. Однако при этом возникает другая проблема. Ткани насыщены кровью и лимфой, содержат много воды, а излучение лазера в воде теряет энергию. Увеличить энергию лазерного луча можно, но это может привести к прожигу тканей. Создателям хирургических лазеров приходится прибегать к всевозможным уловкам, что сильно удорожает аппаратуру. Специалистам по сварке металлов давно известно, что при резке пакета тонких металлических листов необходимо, чтобы они плотно прилегали друг к другу, а при точечной контактной сварке для тесного контакта свариваемых деталей необходимо дополнительное давление. Этот метод был использован и в хирургии: профессор О. И. Скобелкин и его соавторы предложили при сварке тканей слегка их сдавливать, чтобы вытеснить кровь. Для осуществления нового способа был создан целый набор инструментов, который применяется сегодня в желудочно-кишечной хирургии, при операциях на желчных путях, селезенке, печени, легких.

3.1 Стоматология

Анализ литературных данных по лечению заболеваний слизистой оболочки рта и пародонта показывает, что некоторые средства, особенно антибиотики и стероидные препараты, изменяют окислительно-восстановительный потенциал слюны, ослабляют активность лизоцима, способствуют развитию аллергических реакций, обусловливают снижение резистентности организма к патогенным воздействиям. Все это затрудняет течение и лечение патологического процесса в слизистой оболочке рта и пародонте. Эти факторы вызывают необходимость изыскания новых методов лечения – без применения лекарственных средств. Одним из них является физиотерапия, а среди наиболее эффективных – низкоинтенсивное лазерное излучение. Лазерное излучение достоверно повышает пролиферативную активность клеток в 1,3-3,5 раза. Было установлено, что НИЛИ оказывает на травматический дефект слизистой оболочки рта противовоспалительное действие, способствует ускорению эпителизации и органоспецифическому восстановлению тканей слизистой оболочки а области дефекта. Такой эффект, в первую очередь, обусловлен интенсификацией синтеза ДНК клетках. Установлено, что в момент облучения интенсивность кровоснабжения возрастает на 20%. Оптимальная вазоконстрикторная доза облучения составляла 100 мВт/см 2 (для ГНЛ) при экспозиции 2 мин (12 Дж/см 2) [. Александров М.Т, Прохончуков А.А., 1981]. С развитием констрикторной реакции некоторые исследователи связывают и аналгезирующий эффект лазерного облучения, наблюдаемый в клинике. В эксперименте на модели посттравматической регенерации слизистой оболочки языка отмечена более быстрая и лучшая эпителизация раны после воздействия светом гелий-неонового лазера (плотность мощности 200 мВт/см 2 при однократном и 1 мВт/см 2 при ежедневном воздействии) [Виноградов А.В. и др.,1990]. Исследования ультраструктуры десны после 1, 3 и 6 сеансов ежедневного облучения светом ГНЛ, показали наличие выраженной реакции со стороны основных элементов десны. В эпителиальных клетках рогового слоя увеличивается количество светлых вакуолей и сильно осмированных глыбок, а в зернистом слое – число осмированных гранул. В мышечных волокнах появляется большое количество митохондрий, в кровеносных сосудах определяются скопления эритроцитов. Все это указывает на усиление синтеза веществ в клетках под влиянием НИЛИ [Зазулевская Л.Я. и др., (1990)]. По итогам проведенных исследований определены спектр действия и параметры для непрерывного излучения с длиной волны 0,63 мкм (лазерная головка КЛО4 для АЛТ «Матрикс»), оказывающие противовоспалительный (сосудистый), стимулирующий клеточную пролиферацию и ингибирующий эффекты. Так, стимуляция клеточной пролиферации наблюдается при плотности мощности от 10 до 100 мВт/см 2 , экспозиции на одно поле от 30 с до 5 мин; противовоспалительное и аналгезирующее действие – при плотности мощности 100-200 мВт/см 2 , экспозиции на одно поле 2-5 мин; ингибирующее действие – при плотности мощности 100-400 мВт/см 2 и экспозиции 1-6 мин. Следует отметить, что указанные величины плотности мощности лазерного излучения достигаются с помощью специальных световодов. Импульсные полупроводниковые лазеры, в частности излучающие головки инфракрасного спектра (ЛО4) к АЛТ «Матрикс», позволяют в большинстве случаев обходиться и без световодов. Когда воздействие проводится на проекцию зоны поражения с применением зеркальных и зеркально-магнитных насадок. Это зачастую эффективнее и не требует таких высоких плотностей мощности. Особенности импульсного инфракрасного (ИК) излучения позволяют реализовать методики лазерной терапии с более высокой эффективностью при значительно меньшей энергетической нагрузке (плотности мощности). Показано, что лазерное импульсное ИК излучение стимулирует процессы пролиферативной активности клеточных структур в дозе от 0,03-0,86 Дж/см 2 с максимальным эффектом при дозе 0,22 Дж/см 2 . Тогда как для ГНЛ (непрерывное излучение красного спектра) максимальный эффект достигается при 3 Дж/см 2 . Применение же в комплексном лечении больных с одонтогенными флегмонами лица сочетанноговоздействия излучениями обоих видов позволяет получить наилучшие результаты лечения, сократить продолжительность нетрудоспособности в среднем на 8 суток [Платонова В.В., 1990]. Импульсное ИК лазерное излучение в сочетании постоянным с магнитным полем 35-50 мТл можно эффективно использовать на всех этапах ортодонтического лечения. Отсутствие осложнений и рецидивов, повышение производительности труда врачей и среднего медицинского персонала в целом дает общий экономический эффект 36-43% [Кузнецова М.А., 2000]. Применение низкоинтенсивного импульсного лазерного света за счет общего (общеоздоровительного) действия расширяет показания для ортодонтического лечения зубочелюстных аномалий:

· при различных неблагоприятных условиях (гингивиты при тесном положении зубов, недостаточной гигиене полости рта, ювенильные, травматические; пародонтиты);

· при выраженных воспалительно-дистрофических осложнениях в пародонте перемещаемых зубов, а также у ослабленных детей с нарушением иммунного статуса (иммунодефициты, аллергические явления, сенсибилизация, гормонально-иммунологические расстройства и т. П.);

· при подготовке к активному ортодонтическому лечению. НИЛИ статистически достоверно позволяет купировать воспалительные процессы в 1,6 раз быстрее (в среднем на 4-6 дней) по сравнению с традиционными способами, что в свою очередь сокращает подготовительный этап в 2,3 раза, создавая оптимальные условия для начала ортодонтического лечения;

· при удалении отдельных постоянных зубов по ортодонтическим показаниям, обнажении коронок ретенированных зубов, пластике уздечки языка и уздечек губ, углублении преддверия полости рта. Применение низкоинтенсивного импульсного ИК НИЛИ в противовоспалительных и стимулирующих регенерацию дозах позволяет ускорить заживление послеоперационных ран мягких тканей полости рта без образования тяжей и рубцовых изменений в среднем на 4-5 дней по сравнению с обычными способами;

· при устранении зубочелюстных аномалий с применением современной несъемной техники лазерная терапия позволяет ликвидировать болевой синдром после фиксации и активирования элементов аппарата, предотвратить возможное ответное травматическое воспаление в области приложения ортодонтических сил, облегчая период физиологической и психологической адаптации к ортодонтическому аппарату и сокращая (в среднем на 6±1,2 месяца по сравнению с обычными способами) общие сроки лечения.

ЛТ, обеспечивая надежную ретенцию, статистически достоверно дает возможность фиксировать в нужном положении перемещенные зубы и сокращать завершающий период лечения (в среднем на 4-6 месяцев), ускоряет прорезывание задержавшихся в челюсти зубов в 4,7 раза без оперативного вмешательства, нередко являющегося методом выбора. Одновременное сочетанное применение низкоинтенсивного импульсного ИК НИЛИ и постоянного магнитного поля существенно повышает профилактическую и лечебную эффективность перемещения зачатков задержавшихся зубов (изменения положения их в челюсти и установление в направлении прорезывания) и ускоряет их прорезывание в 5,3 раза без оперативного вмешательства. Перечисленные свойства лазерного излучения позволяют дифференцированно применять его в стоматологии при заболеваниях слизистой оболочки рта, которые сопровождаются деструкцией эпителия, замедленной регенерацией, воспалением, болевым синдромом, а также при поражениях вирусного генеза (фотодинамическое действие). При воспалении излучение лазера вызывает общий и местный эффекты. Общие эффекты выражаются в увеличении неспецифических гуморальных факторов защиты (комплемент, интерферон, лизоцим), общей лейкоцитарной реакции, стимуляции костномозгового кроветворения, повышении фагоцитарной активности микро- и макрофагальной систем. Возникает десенсибилизирующий эффект, происходят активация иммунокомпетентной системы, клеточной и гуморальной специфической иммунологической защиты, повышение общих защитно-приспособительных реакций организма. Местные эффекты определяются основными элементами воспалительной реакции: экссудация, альтерация, пролиферация. Экссудация: дилатация сосудов, активация микроциркуляции с последующей вазоконстрикцией – предотвращение развития фазовых нарушений микроциркуляции и нормализация кровообращения в сочетании с нормализацией проницаемости сосудистой стенки (сосудисто-тканевого барьера), уменьшение отека ткани. Под влиянием излучения НИЛИ происходит оптимальное формирование нейтрофильного и моноцитарного барьеров, повышение фагоцитарной активности микро- и макрофагов, продукции бактерицидных субстанций и стимуляторов роста, стимуляция пролиферации, активация барьерных свойств слизистой оболочки рта. Альтерация: активация функций митохондрий и других органелл клеток, метаболизма с увеличением потребления кислорода и активацией тканевого дыхания. Одновременно подавляются анаэробные процессы, предотвращается развитие ацидоза и вторичных дистрофических изменений, в итоге облегчается регенерация поврежденных тканей. Пролиферация: стимуляция системы ДНК–РНК–белок, увеличение митотической (пролиферативной) активности клеток, активация реакции соединительной ткани. Морфологически клеточная реакция проявляется в ускорении и усилении образования фибробластического барьера (на фоне выделения стимуляторов роста), стимуляции образования грануляционной ткани, ускорении созревания фибробластов, активации образования коллагеновых волокон и созревания грануляционной ткани. В результате происходят быстрая и более физиологичная эпителизация, ускоренная и полноценная регенерация слизистой оболочки в области поражения. Терапевтическое действие (стимуляция) процессов регенерации ткани выражается в активации системы ДНК–РНК–белок, усилении синтеза нуклеиновых кислот и ядерных белков, возрастании массы ядра, увеличении синтеза цитоплазматических белков и накоплении их в период интерфазы до критического уровня. Происходят стимуляция митозов, ускоренное и увеличенное размножение клеток соединительной ткани, эпителия. Терапевтический эффект лазерного воздействия на ткани живого организма значительно усиливается в постоянном магнитном поле (ПМП) за счет усиления процессов метаболизма. Магнитолазерная терапия (МЛТ) была предложена в конце 70-х гг. и получила наибольшее распространение благодаря высокой терапевтической эффективности, обусловленной потенцированием действия магнитного поля и лазерного излучения [Мостовников В.А. и др., 1991; Полонский А.К. и др., 1981]. При сочетанном магнитолазерном воздействии, особенно при лечении глубоко расположенных патологических очагов, более эффективным является применение НИЛИ ближней инфракрасной части спектра (длина волны 0,8–1,3 мкм) по следующим объективным причинам. Во-первых, максимум пропускания кожными покровами человека электромагнитного излучения находится в этом диапазоне. Во-вторых, ПМП, ориентируя диполи в одну линию вдоль световой волны коллинеарно, способствует резонансному взаимодействию биологических структур и усиливает светопоглощение в ИК диапазоне. Импульсное ИК (λ = 0,89 мкм) лазерное излучение в большей степени влияет на стабильность клеточных мембран, тогда как в комбинации с ПМП этот фактор оказывает выраженное действие на микроциркуляторные процессы [Зубкова С.М. и др., 1991]. При проведении МЛТ применяют специальные магнитные насадки с оптимальной формой поля, что освобождает врача от необходимости учета специфического действия северного и южного полюсов магнита. Оптимальное время МЛТ составляет 1,5–2 мин при ПМП 15–75 мТл и мощности импульсного ИК НИЛИ 10–15 Вт; число процедур от 5 до 10. Для стимуляции периферического кровотока оптимальным является ПМП с индукцией 50 мТл. МЛТ оказывает гипокоагулирующее, мягкое седативное и гипотензивное действие, положительно влияет на отдельные компоненты иммунной системы [Буйлин В.А., 1997; Москвин С.В., Буйлин В.А., 2005]. Показания к лазеротерапии: пародонтит в стадии обострения, пародонтоз (гиперестезия), герпес губ и герпетический стоматит взрослых, синдром Мелькерссона-Розенталя, хронический рецидивирующий афтозный стоматит, десквамативный глоссит, хронический гингивит, язвенный гингивит, травматические повреждения слизистой оболочки рта, многоформная экссудативная эритема и др. Противопоказания: все формы лейкоплакии, а также явления пролиферативного характера на слизистой оболочке рта (папилломатоз, ограниченный гиперкератоз, ромбовидный глоссит); тяжело протекающие заболевания сердечно-сосудистой системы (атеросклеротический кардиосклероз с выраженным нарушением коронарного кровообращения, церебральный склероз с нарушением мозгового кровообращения II–Ш стадии), гипертоническая болезнь III стадии, гипотония; выраженная и тяжелая степень эмфиземы легких; туберкулезная интоксикация; опухоли злокачественные; доброкачественные опухоли при локализации в области головы и шеи; тяжелая степень сахарного диабета в некомпенсированном состоянии или при неустойчивой компенсации; заболевания крови; состояние после инфаркта миокарда (в течение 6 мес после эксцесса).

3.2 Хирургия

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем.
Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким, что очень трудно ответить на вопрос: для лечения каких заболеваний лазеры не применяют? Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика. Нашей областью деятельности являются лазеры для применений в хирургии и косметологии, имеющие достаточно большую мощность для разрезания, вапоризации, коагуляции и других структурных изменений в биоткани.

В ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИИ

Применяются достаточно мощные лазеры со средней мощностью излучения десятки ватт, которые способны сильно нагревать биоткань, что приводит к ее резанию или испарению. Эти и другие характеристики хирургических лазеров обуславливают применение в хирургии различных видов хирургических лазеров, работающих на разных лазерных активных средах. Уникальные свойства лазерного луча позволяют выполнять ранее невозможные операции новыми эффективными и минимально инвазивными методами. Хирургические лазерные системы обеспечивают: эффективную контактную и бесконтактную вапоризацию и деструкцию биоткани;

• сухое операционное поле;
• минимальное повреждение окружающих тканей;
• эффективный гемо- и аэростаз;
• купирование лимфатических протоков;
• высокую стерильность и абластичность;
• совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментам

Это дает возможность эффективно использовать хирургические лазеры для выполнения самых разнообразных оперативных вмешательств в урологии, гинекологии, оториноларингологии, ортопедии, нейрохирургии и т. д. По нашему убеждению, наилучшим выбором для хирурга по своим физическим свойствам является гольмиевый лазер. Поэтому основное внимание мы уделяем именно Гольмиевым лазерам в хирургии.

КТР - лазер

Это хорошо известный неодимовый лазер на гранате (Nd:YAG), спаренный с нелинейным кристаллом титанил фосфата калия (КТР), который удваивает частоту излучаемого света до получения длины волны 532 нм, расположенной в зеленой области спектра. Лазерное лечение сосудистых нарушений основано на тепловом воздействии лазерного излучения на сосуды без изменения структуры прилегающих тканей. Зеленое излучение КТР-лазера проникает сквозь поверхностные слои кожи и хорошо поглощается гемоглобином крови. В результате в поврежденном кровеносном сосуде происходит выделение большого количества тепла, кровь свертывается, а внутренняя стенка разрушается. В дальнейшем патологический сосуд зарастает соединительной тканью, а кожа обретает естественный цвет. На практике при этом важно учитывать время тепловой релаксации сосуда, которое соответствует периоду, необходимому для передачи тепла за пределы сосуда. Это время зависит, прежде всего, от диаметра сосуда и может изменяться от 1 мс (для сосуда диаметром 50 мкм) до 80 мс (для сосуда диаметром 400 мкм). При облучении слишком короткими импульсами очень интенсивным лазером кровеносный сосуд поглощает достаточно большое количество энергии, которая не успевает рассеиваться. Из-за этого внутри сосуда значительно повышаются температура и давление, что приводит к разрыву его стенки и к микрокровоизлиянию. Клинически это проявляется в виде пурпуры или микрогеморрагий. С увеличением длительности лазерного импульса можно получить режим селективной коагуляции, когда при постепенном повышении температуры стенки сосуда происходит его спаивание и исчезновение. Длительность импульса при этом должна быть больше, чем время релаксации сосуда, но ограниченной, иначе большое количество тепла напрасно рассеивается наружу, и в обширной зоне окружающей дермы могут произойти значительные изменения. На месте лазерного воздействия восстанавливается естественный цвет кожного покрова. Ткани вокруг сосуда практически не поглощают излучение лазера и остаются неповрежденными, поэтому после операции не происходит образования рубцов.

3.4 Фотоомоложение кожи

При поглощении излучения КТР-лазера гемоглобином крови помимо фотокоагуляции кровеносных сосудов и очищения кожи от пигментных и васкулярных поражений можно получить и другой эффект - фотоомоложение кожи. Фотоомоложение - это видимое улучшение состояния кожи при помощи лазера или другого источника света. Что происходит непосредственно в коже при облучении ее мощными световыми импульсами? При поглощении света и нагревании стенок сосудов те в свою очередь передают тепло наружу. Селективное нагревание дермального коллагена (до температуры 55 град. С) вызывает стимуляцию в соединительной ткани особых клеток - фибробластов, которые начинают активно синтезировать новый коллаген. Таким образом, в увядающей коже возникают новые волокна коллагена и эластина, и она вновь обретает молодой, свежий вид. Синтез нового коллагена это биохимический процесс, требующий определенного времени, поэтому результат становится заметным не сразу. Всего может потребоваться 3 - 6 сеансов с интервалом в 3 недели. После курса процедур происходит улучшение цвета и структуры кожи, лицо подтягивается, улучшаются его контуры, сужаются поры. Благодаря общему лифтингу разглаживаются мелкие и средние морщины. Таким образом, фотоомоложение с помощью КТР-лазера - это новый и эффективный неинвазивный метод омоложения кожи с минимальным риском и без длительного периода восстановления для пациента.

Лазерная дермабразия - это:

• малая травматичность проводимых операций;
• минимальное тепловое повреждение и быстрое восстановление кожного покрова;
• минимальный риск послеоперационных рецидивов и осложнений;
• быстрое заживление ран

Механизм действия пилинга

Основан на способности кожи к быстрому самовосстановлению. Любое травмирующее воздействие - ожог, ссадина, порез - вызывает незамедлительную реакцию организма. При малейшей травме на защиту бросаются все силы - начинается процесс регенерации. Однако при восстановлении кожного покрова старые материалы не используются. Дело в том, что при травме происходит уничтожение деформированных клеток, а деятельность молодых и здоровых поощряется как никогда. Конечно, помимо регенерации в коже непрерывно протекают и другие процессы обновления. Это, например, программа деятельности кератиноцитов - основных клеток эпидермиса. По сути эпидермис состоит из слоев кератиноцитов разного возраста. И каждый слой выполняет свою физиологическую задачу (скажем, самый верхний роговой - это плотный защитный барьер из отмерших клеток). С годами в жизненной программе кератиноцитов могут начаться сбои, тогда клетки вместе с накопленными повреждениями задерживаются в промежуточном слое. Исходящий от них негатив (как инфекционные болезни) неминуемо сказывается на деятельности других клеток.
В результате замедляется клеточное деление в живых тканях (они истончаются), а роговой слой, наоборот, утолщается, придавая коже вид пергамента. В этой ситуации пилинг также сослужит хорошую службу, одновременно создавая предпосылки к тщательному очищению верхнего барьера и способствуя проведению контролируемого процесса обновления. Вызываемое отшелушивание кожи как искусственное повреждение эпидермиса, проводится по избирательно-бережным методикам, без боли и дискомфорта. Если регенерация происходит нормально, то кожа после реабилитации выглядит гораздо лучше. Ороговевший слой становится более тонким и однородным, а дерма упругой.

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем. Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким, что очень трудно ответить на вопрос: для лечения каких заболеваний лазеры не применяют?
Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика.

В лазерной хирургии применяются достаточно мощные лазеры со средней мощностью излучения десятки ватт, которые способны сильно нагревать биоткань, что приводит к ее разрезанию или испарению. Эти и другие характеристики хирургических лазеров обуславливают применение в хирургии различных их видов, работающих на разных лазерных активных средах.

Уникальные свойства лазерного луча позволяют выполнять ранее невозможные операции новыми эффективными и минимально инвазивными методами.

Хирургические лазерные системы обеспечивают:

• эффективную контактную и бесконтактную вапоризацию и деструкцию биоткани;
• сухое операционное поле;
• минимальное повреждение окружающих тканей;
• эффективный гемо- и аэростаз;
• купирование лимфатических протоков;
• высокую стерильность и абластичность;
• совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментам

Это дает возможность эффективно использовать хирургические лазеры для выполнения самых разнообразных оперативных вмешательств:
В урологии:

У женщин

• Пластика больших и малых половых губ, промежности.
• Пластика промежности при послеродовых и травматических разрывах
• Пластика рубцовой деформации шейки матки
• Рефлорация (восстановление девственной плевы)

У мужчины

• Лазерная коррекция уздечки полового члена
• Циркумцизия (лазерное лечение фимоза)
• Удаление кондилом полового члена, уретры, промежности, перианальной зоны

В гинекологии:

• Лазеротерапия фоновых и предраковых заболеваний шейки матки (эрозия, лейкоплакия, полип, наботовы кисты, кондиломы, дисплазия).
• Лазеротерапия и удаление лазером кондилом наружных половых органов (в зависимости от распространённости процесса).
• Лазеротерапия и удаление лазером кондилом кожи промежности и перианальной зоны.
• Лечение дистрофических заболеваний вульвы

В ортопедии :лечение вальгусной деформации стопы, вросшего ногтя и т.д.

Косметология так же не обойдена вниманием. Лазер применяется и для эпиляции, и для лечения сосудистых и пигментных дефектов кожи, удаления бородавок и папиллом, и для шлифовки кожи, и для удаления татуировок и пигментных пятен и тд

История изобретения лазера началась в 1916 году, когда Альберт Энштейн создал теорию взаимодействия излучения с веществом, в которой прослеживалась мысль о возможности создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.

В 1960 г. американский физик Теодор Мейман, основываясь на работах Н.Басова, А.Прохорова и Ч.Таунса, сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм.В том же году доктор Леон Голдман впервые использовал рубиновый лазер для разрушения волосяных фолликулов. Так началась история масштабного применения лазерных технологий в эстетической медицине.

В 1983 г. Андерсон и Парриш предложили метод селективного фототермолиза, который основан на способности биотканей избирательно поглощать световое излучение определенной длины волны, что приводит к их локальной деструкции. При поглощении основными хромофорами кожи — водой, гемоглобином или меланином — электромагнитная энергия лазерного излучения преобразуется в тепло, что вызывает нагрев и коагуляцию хромофоров.

Лазерная косметология - одна из самых быстро развивающихся областей эстетической медицины. Ещё несколько лет назад видимое омоложение ассоциировалось у нас с работой пластического хирурга, то сегодня в каждом престижном салоне красоты есть аппараты передовых технологий - фото, IPL-система или лазер. Энергия света пришла на помощь косметологам.

На сегодняшний день существует множество различных лазерных аппаратов и вошли они в косметологию благодаря лазерной шлифовке. Именно она послужила визитной карточкой для косметологического лазера. Мощный луч света на глазах сглаживал рубцовые неровности кожи, снимал верхний слой эпидермиса, а вместе с ним нежелательные пигментации Тогда было не важно, что сильно травмированная кожа заживала 2 недели - главное - отличный результат, которым был доволен как доктор, так и пациент. Шрамы и рубцы - проблема актуальная во все времена.

Лазерная эпиляция появилась не больше 30 -ти лет назад. Это связано было с появлением теории «селективного фототермолиза». В ней идет речь о том, что любые окрашенные ткани человека (волос, сосуды на поверхности кожи, пигментные пятна) избирательно поглощают свет, при этом нагреваются и разрушаются. Теория была доказана в 1986 году группой ученных из США, во глове с дерматологом Роксом Андерсоном. Таким образом на основе этого в 1994 году был создан первый прибор для фотоэпиляции , а лазерный прибор для лазерной эпиляции вышел на рынок только в 1996 году.

Что собой представляет "селективный фототермолиз "? Все дело в том, что лазерный луч, попадая на живую ткань, в частности на кожу, воздействует на компоненты кожи по-разному. Основные компоненты кожи, поглощающие свет - вода, меланин и гемоглобин. Эти вещества, называются хромофорами кожи. Спектры поглощения этих веществ различны.

Благодаря оптимизированному спектру излучения, косметологические приборы с искусственными источниками света и тепла позволяют избирательно воздействовать на структуры тканей-мишеней, вызывая, например, их коагуляцию. При проведении процедур с применением фотометодик для достижения эффекта осуществляется воздействие на поверхностные кровеносные сосуды (гемоглобин), на волосы и волосяные фолликулы (меланин), на коллаген и эластин в дерме. При проведении терапии угревой болезни (акне) проводится избирательное воздействие на вызывающий воспаление продукт жизнедеятельности бактерий. Так или иначе, результатом воздействия является доведение соответствующей структуры тканей-мишеней до критической температуры, при которой она сама и/или окружающие ее ткани претерпевают необратимые изменения. Процесс избирательного нагрева структур тканей-мишеней с помощью источника широкого спектра излучения называется селективным фототермолизом.

Основываясь на принципе селективного фототермолиза с применением нанотехнологий разработана новая высокоэффективная процедура фракционного фототермолиза (фраксель). Она позволяет улучшить качество кожи, удалить нежелательную пигментацию морщины, обеспечивает прекрасный лифтинг тканей лица, шеи и декольте. Хороший результат дают сеансы фракционного фототермолиза при лечении последствий угревой болезни (пост акне рубцов). В отличие от других методов коррекции, процедура фраксель комфортна и практически безболезненна, а также обеспечивает быструю реабилитацию.

Итак, банальные представления о лазере, как об огромном аппарате, что- то вроде гиперболоида инженера Гарина, канули в лета. С момента изобретения первого рубинового лазера, размером с однокомнатную квартиру прошло более 50 лет. И сейчас это компактные медицинские аппараты, которые работают во всех областях медицины и косметологии.

ЛАЗЕРЫ в медицине

Лазер - устройство для получения узких пучков световой энергии высокой интенсивности. Лазеры были созданы в 1960 г. , СССР) и Ч. Таунсом (США), удостоенными за это открытие Нобелевской пре-мдп 1964 г. Существуют различные типы лазеров - газовые, жидкостные и работающие на твердых телах. Лазерное излучение может быть непрерывным и импульсным.

Сам термин “лазер”- это аббревиатура от английского “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, т. е. “усиление света вынужденным излучением”. Из физики известно, что “лазер - это источник когерентного электромагнитного излучения, возникающего в результате вынужденного испускания фотонов активной средой, находящейся в оптическом резонаторе". Для лазерного излучения характерна монохроматичность, высокая плотность и упорядоченность потока световой энергии. Многообразие используемых в наши дни источников такого излучения определяет разнообразие областей применения лазерных установок.

В медицину лазеры вошли в конце 1960-х годов. Вскоре сформировались три направления лазерной медицины, различие между которыми определялось мощностью светового потока лазера (и, как следствие, видом его биологического воздействия). Излучение низкой мощности (мВт) в основном используется в терапии крови, средней мощности (Вт) – в эндоскопии и фотодинамической терапии злокачественных опухолей, а высокой Вт) – в хирургии и косметологии . Хирургическое применение лазеров (т. н. “лазерные скальпели”) основано на прямом механическом воздействии высокоинтенсивного излучения, которое позволяет резать и “сваривать” ткани. Тот же эффект лежит в основе применения лазеров в косметологии и эстетической медицине (в последние годы наряду со стоматологией одна из самых прибыльных отраслей здравоохранения). Однако у биологов наибольший интерес вызывает феномен терапевтического воздействия лазеров. Известно, что низкоинтенсивное лазерное воздействие приводит к таким положительным эффектам, как повышение тонуса, устойчивость к стрессам, улучшение работы нервной, имунной эндокринной систем, устранению ишемических процессов, заживлению хронических язв и многим другим... Лазерная терапия, безусловно, высокоэффективна, но, что удивительно, до сих пор нет четкого представления об ее биологических механизмах! Ученые пока лишь разрабатывают модели, объясняющие этот феномен. Так, известно, что низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) воздействует на пролиферативный потенциал клеток (то есть стимулирует их деление и развитие). Считается, что причина этого– в локальных изменениях температуры, которые могут стимулировать процессы биосинтеза в тканях. НИЛИ также укрепляет системы антиоксидантной защиты организма (тогда как излучение высокой интенсивности, напротив, приводит к массовому появлению активных форм кислорода.) Скорее всего, именно этими процессами и объясняется терапевтическое действие НИЛИ. Но, как уже упоминалось, существует и другой тип лазерной терапии - т. н. фотодинамическая терапия, применяемая для борьбы со злокачественными образованиями. Она основана на использовании открытых еще в 60-е годы фотосенсибилизаторов - специфических веществ, способных избирательно накапливаться в клетках (в основном раковых). При лазерном облучении средней мощности молекула фотосенсибилизатора поглощает световую энергию, переходит в активную форму и вызывает целый ряд разрушительных процессов в раковой клетке. Так, повреждаются митохондрии (внутриклеточные энергетические структуры), существенно меняется кислородный обмен, что приводит к появлению огромного количества свободных радикалов. Наконец, сильное нагревание воды внутри клетки вызывает разрушение ее мембранных структур (в частности внешней клеточной оболочки). Все это в итоге приводит к интенсивной гибели опухолевых клеток. Фотодинамическая терапия - сравнительно новая область лазерной медицины (развивается с середины 80-х годов) и пока еще не столь популярная, как, скажем, лазерная хирургия или офтальмология , однако именно на нее сейчас возлагают основные надежды врачи-онкологи.

В целом можно сказать, что лазерная терапия в наши дни - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей медицины. Причем, что удивительно, не только традиционной. Некоторые терапевтические эффекты лазеров легче всего объясняются наличием в организме систем энергетических каналов и точек, используемых при акупунктурных воздействиях. Известны случаи, когда локальная обработка лазером отдельных тканей вызывала позитивные изменения в других частях организма. Ученым еще предстоит ответить на множество вопросов, связанных с целебными свойствами лазерного излучения, что, безусловно, откроет новые перспективы развития медицины в XXI веке.

Принцип действия лазерного луча основан на том, что энергия сфокуси-тэванного светового пучка резко повышает температуру в облучаемом месте и вызывает коагуляцию (свертывание) блологич. ткани. Особенности биологич. действия лазерного излучения зависят m типа лазера, мощности энергии, ее характера, структуры и биологич. ;зойств облучаемых тканей. Узкий световой пучок большой мощности дает возможность производить светокоагу-ляцию строго определенного участка тканей за доли секунды. Окружающие ткани при этом не страдают. Кроме коагуляции биологич. ткани, при большой мощности излучения возможно и взрывное ее разрушение от воздействия своеобразной ударной волны, образующейся в результате мгновенного перехода тканевой жидкости в газообразное состояние под влиянием высокой температуры. Имеют значение вид тканей, пх окраска (пигментация), толщина, плотность, степень наполнения кровью. Чем больше мощность лазерного излучения, тем глубже оно проникает и тем сильнее его действие.

Первыми использовали лазеры для лечения больных глазные врачи, применившие их для коагуляции сетчатой оболочки глаза при ее отслойке и разрыве (), а также для разрушения мелких внутриглазных опухолей и создания оптич. отверстия в глазу при вторичных катарактах. Кроме того, лазерным лучом уничтожают небольшие, поверхностно расположенные опухоли, коагулируют патологич. образования на поверхности кожи (пигментные пятна, сосудистые опухоли и т. д.). Лазерное излучение используют и в диагностич. целях для исследования кровеносных сосудов, фотографирования внутренних органов и др. С 1970 г. лазерный луч начали применять при хирургич. операциях в качестве «светового скальпеля» для рассечения тканей организма .

В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен).

Виды хирургических лазеров

В лазерной хирургии применяются достаточно мощные лазеры, работающие в непрерывном или импульсном режиме, которые способны сильно нагревать биоткань, что приводит к ее резанию или испарению.

Лазеры обычно именуются по типу активной среды, генерирующей лазерное излучение. Наиболее известны в лазерной хирургии неодимовый лазер и лазер на углекислом газе (или СО2-лазер).

Некоторые другие виды высокоэнергетичных лазеров, используемых в медицине, имеют, как правило, свои узкие области применения. Например, в офтальмологии для прецизионного испарения поверхности роговицы глаза применяются эксимерные лазеры.

В косметологии для устранения сосудистых и пигментных дефектов кожи используются КТР-лазеры, лазеры на красителе и на парах меди, для эпиляции - александритовые и рубиновые лазеры.

СО2 - лазер

Лазер на углекислом газе - это первый хирургический лазер, который активно используется с 1970-х годов по настоящее время.

Высокое поглощение в воде и органических соединениях (типичная глубина проникновения 0,1 мм) делает СО2-лазер подходящим для широкого спектра хирургических вмешательств, в том числе для гинекологии , оториноларингологии , общей хирургии, дерматологии , кожно-пластической и косметической хирургии.

Поверхностное воздействие лазера позволяет иссекать биоткань без глубокого ожога. Это также делает CO2-лазер не опасным для глаз, т. к. излучение не проходит сквозь роговицу и хрусталик.

Конечно, мощный направленный луч может повредить роговицу, но для защиты достаточно иметь обычные стеклянные или пластиковые очки.

Недостаток длины волны 10 мкм состоит в том, что очень трудно изготовить подходящее оптическое волокно с хорошим пропусканием. И до сих пор наилучшим решением является зеркальный шарнирный манипулятор, хотя это достаточно дорогое устройство, сложное в юстировке и чувствительное к ударам и вибрации.

Другим недостатком CO2-лазера - это его непрерывный режим работы. В хирургии для эффективного резания необходимо быстро испарять биоткань без нагрева окружающих тканей, для чего нужна высокая пиковая мощность, т. е. импульсный режим. Сегодня в CO2-лазерах для этих целей применяют так называемый "суперимпульсный" режим (superpulse), при котором лазерное излучение имеет вид пачки коротких, но в 2 - 3 раза более мощных импульсов, по сравнению со средней мощностью непрерывного лазера.

Неодимовый лазер

Неодимовый лазер - это самый распространенный тип твердотельного лазера и в промышленности, и в медицине.

Его активная среда - кристалл алюмоиттриевого граната, активированного ионами неодима Nd:YAG, - позволяет получить мощное излучение в ближнем ИК-диапазоне на длине волны 1,06 мкм практически в любом режиме работы с высоким КПД и с возможностью волоконного выхода излучения.

Поэтому вслед за CO2-лазерами в медицину пришли неодимовые как для целей хирургии, так и терапии.

Глубина проникновения такого излучения в биоткани равна 6 - 8 мм и довольно сильно зависит от ее типа. Это означает, что для достижения такого же режущего или испаряющего эффекта, как у CO2-лазера, для неодимового требуется в несколько раз более высокая мощность излучения. А во-вторых, происходит значительное повреждение подлежащих и окружающих лазерную рану тканей, что отрицательно сказывается на послеоперационном ее заживлении, вызывая различные осложнения, типичные для ожоговой реакции - рубцевание, стеноз, стриктура и т. п.

Предпочтительная сфера хирургического применения неодимового лазера - это объемная и глубокая коагуляция в урологии , гинекологии, онкологические опухоли, внутренние кровотечения и т. п. как в открытых, так и в эндоскопических операциях.

Важно помнить, что излучение неодимового лазера невидимо и опасно для глаз даже в малых дозах рассеянного излучения.

Использование в неодимовом лазере специального нелинейного кристалла КТР (калий-титан-фосфат) позволяет удваивать частоту излучаемого лазером света. Получаемый таким образом КТР-лазер, излучающий в видимой зеленой области спектра на длине волны 532 нм, обладает способностью эффективно коагулировать кровенасыщенные ткани и используется в сосудистой и косметической хирургии.

Гольмиевый лазер

Кристалл алюмоиттриевого граната, активированный ионами гольмия, - Ho:YAG, способен генерировать лазерное излучение на длине волны 2,1 мкм, которое хорошо поглощается биотканью. Глубина его проникновения в биоткань составляет около 0,4 мм, т. е. сравнима с CO2-лазером. Поэтому гольмиевый лазер обладает применительно к хирургии всеми преимуществами СО2-лазера.

Но двухмикронное излучение гольмиевого лазера в то же время хорошо проходит через кварцевое оптическое волокно, что позволяет использовать его для удобной доставки излучения к месту хирургического вмешательства. Это особенно важно, в частности, для проведения малоинвазивных эндоскопических операций.

Излучение гольмиевого лазера хорошо коагулирует сосуды размером до 0,5 мм, что вполне достаточно для большинства хирургических вмешательств. Двухмикронное излучение, к тому же, вполне безопасно для глаз.

Типичные выходные параметры гольмиевого лазера: средняя выходная мощность Вт, максимальная энергия излучения - до 6 Дж, частота повторения импульсов - до 40 Гц, длительность импульса - около 500 мкс.

Сочетание физических параметров излучения гольмиевого лазера оказалось оптимальным для целей хирургии, что позволило ему найти многочисленные применения в самых различных областях медицины.

Эрбиевый лазер

Эрбиевый (Er:YAG) лазер имеет длину волны излучения 2,94 мкм (средний ИК-диапазон). Режим работы - импульсный.

Глубина проникновения в биоткань излучения эрбиевого лазера составляет не более 0,05 мм (50 мкм), т. е. его поглощение еще в раз выше, чем у CO2-лазера, и он оказывает исключительно поверхностное воздействие.

Такие параметры практически не позволяют коагулировать биоткань.

Основные направления применения эрбиевого лазера в медицине:

Микрошлифовка кожи,

Перфорация кожи для взятия проб крови,

Испарение твердых тканей зуба,

Испарение поверхности роговицы глаза для исправления дальнозоркости.

Излучение эрбиевого лазера неопасно для глаз, как и у CO2-лазера, и для него также нет надежного и дешевого волоконного инструмента.

Диодный лазер

В настоящее время существует целая гамма диодных лазеров, имеющих широкий спектр длин волн от 0,6 до 3 мкм и параметров излучения. Основными достоинствами диодных лазеров являются высокий КПД (до 60%), миниатюрность и большой ресурс работы (более 10,000 часов).

Типичная выходная мощность одиночного диода редко превышает 1 Вт в непрерывном режиме, а энергия импульса - не более 1 - 5 мДж.

Для получения мощности, достаточной для хирургии, одиночные диоды объединяют в наборы, состоящие от 10 до 100 элементов, расположенные в виде линейки, или к каждому диоду присоединяют тонкие волокна, которые собирают в жгут. Такие композитные лазеры позволяют получать 50 Вт и более непрерывного излучения на длине волны нм, которые сегодня применяются в гинекологии, офтальмологии, косметологии и др.

Основной режим работы диодных лазеров - непрерывный, что ограничивает возможности их использования в лазерной хирургии. При попытках реализовать суперимпульсный режим работы чересчур длинные импульсы (порядка 0,1 с) на длинах волн генерации диодных лазеров в ближнем ИК-диапазоне рискуют вызвать чрезмерный нагрев и последующее ожоговое воспаление окружающих тканей.

лазер глаз медицина зрение

Лазеры, применяемые в медицине

С практической точки зрения, особенно для использования в медицине, лазеры классифицируют по типу активного материала, по способу питания, длине волны и мощности генерируемого излучения.

Активной средой может быть газ, жидкость или твердое тело. Формы активной среды также могут быть различными. Чаще всего для газовых лазеров используются стеклянные или металлические цилиндры, заполненные одним или несколькими газами. Примерно так же обстоит дело и с жидкими активными средами, хотя часто встречаются прямоугольные кюветы из стекла или кварца. Жидкостные лазеры -- это лазеры, в которых активной средой являются растворы определенных соединений органических красителей в жидком растворителе (воде, этиловом или метиловом спиртах и т.п.).

В газовых лазерах активной средой являются различные газы, их смеси или пары металлов. Эти лазеры разделяются на газоразрядные, газодинамические и химические. В газоразрядных лазерах возбуждение осуществляется электрическим разрядом в газе, в газодинамических -- используется быстрое охлаждение при расширении предварительно нагретой газовой смеси, а в химических -- активная среда возбуждается за счет энергии, освобождающейся при химических реакциях компонентов среды. Спектральный диапазон газовых лазеров значительно шире, чем у всех остальных типов лазеров. Он перекрывает область от 150 нм до 600 мкм.

Эти лазеры имеют высокую стабильность параметров излучения по сравнению с другими типами лазеров.

Лазеры на твердых телах имеют активную среду в форме цилиндрического или прямоугольного стержня. Таким стержнем чаще всего является специальный синтетический кристалл, например рубин, александрит, гранат или стекло с примесями соответствующего элемента, например эрбия, гольмия, неодима. Первый действующий лазер работал на кристалле рубина.

Разновидностью активного материала в виде твердого тела являются также полупроводники. В последнее время благодаря своей малогабаритности и экономичности полупроводниковая промышленность очень бурно развивается. Поэтому полупроводниковые лазеры выделяют в отдельную группу.

Итак, соответственно типу активного материала выделяют следующие типы лазеров:

Газовые;

Жидкостные;

На твердом теле (твердотельные);

Полупроводниковые.

Тип активного материала определяет длину волны генерируемого излучения. Различные химические элементы в разных матрицах позволяют выделить сегодня более 6000 разновидностей лазеров. Они генерируют излучение от области так называемого вакуумного ультрафиолета (157 нм), включая видимую область (385-760 нм), до дальнего инфракрасного (> 300 мкм) диапазона. Все чаще понятие "лазер", вначале данное для видимой области спектра, переносится также на другие области спектра.

Таблица 1 - лазеры применяемые в медицине.

Например, для более коротковолнового излучения, чем инфракрасное, используется понятие "рентгеновские лазеры", а для более длинноволнового, чем ультрафиолетовое, -- понятие "лазеры, генерирующие миллиметровые волны"

В газовых лазерах используется газ или смесь газов в трубе. В большинстве газовых лазеров используется смесь гелия и неона (HeNe), с первичным выходным сигналом в 632,8 нм (нм = 10~9 м) видимого красного цвета. Впервые такой лазер был разработан в 1961 году и стал предвестником целого семейства газовых лазеров. Все газовые лазеры довольно похожи по конструкции и свойствам.

Например, С02-газовый лазер излучает длину волны 10,6 мкм в дальней инфракрасной области спектра. Аргоновый и криптоновый газовые лазеры работают с кратной частотой, излучая преимущественно в видимой части спектра. Основные длины волн излучения аргонового лазера -- 488 и 514 нм.

Твердотельные лазеры используют лазерное вещество, распределенное в твердой матрице. Одним из примеров является неодим (Кё)-лазер. Термин АИГ является сокращением для кристалла -- алюмоиттриевый гранат, который служит как носитель для ионов неодима. Этот лазер излучает инфракрасный луч с длиной волны 1,064 мкм. Вспомогательные устройства, которые могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к резонатору, могут использоваться для преобразования выходного луча в видимый или ультрафиолетовый диапазон. В качестве лазерных сред могут использоваться различные кристаллы с разными концентрациями ионов-активаторов: эрбия (Ег3+), гольмия (Но3+), тулия (Тт3+).

Выберем из этой классификации лазеры, наиболее пригодные и безопасные для медицинского использования. К более известным газовым лазерам, используемым в стоматологии, относятся С02-лазеры, He-Ne-лазеры (гелий-неоновые лазеры). Представляют интерес также газовые эксимерные и аргоновые лазеры. Из твердотельных лазеров наиболее популярным в медицине является лазер на YAG:Er, имеющий в кристалле эрбиевые активные центры. Все чаще обращаются к лазеру на YAG:Ho (с гольмиевыми центрами). Для диагностического и терапевтического применения используется большая группа как газовых, так и полупроводниковых лазеров. В настоящее время в производстве лазеров в качестве активной среды используется свыше 200 видов полупроводниковых материалов.

Таблица 2 - характеристики разнообразных лазеров.

Лазеры можно классифицировать по виду питания и режиму работы. Здесь выделяются устройства непрерывного или импульсного действия. Лазер непрерывного действия генерирует излучение, выходная мощность которого измеряется в ваттах или милливаттах.

При этом степень энергетического воздействия на биоткань характеризуется:

Плотностью мощности - отношение мощности излучения к площади сечения лазерного пучка р = P/s].

Единицы измерения в лазерной медицине -- [Вт/см 2 ], [мВт/см 2 ];

Дозой излучения П, равной отношению произведения мощности излучения [Р и времени облучения к площади сечения лазерного пучка. Выражается в [Вт * с/см 2 ];

Энергией [Е= Рt] -- произведение мощности на время. Единицы измерения -- [Дж], т.е. [Вт с].

С точки зрения мощности излучения (непрерывной или средней) медицинские лазеры делятся на:

Лазеры малой мощности: от 1 до 5 мВт;

Лазеры средней мощности: от 6 до 500 мВт;

Лазеры большой мощности (высокоинтенсивные): более 500 мВт. Лазеры малой и средней мощности причисляют к группе так называемых биостимулирующих лазеров (низкоинтенсивных). Биостимулирующие лазеры находят все более широкое терапевтическое и диагностическое использование в экспериментальной и клинической медицине.

С точки зрения режима работы лазеры делятся на:

Режим излучения непрерывный (волновые газовые лазеры);

Режим излучения смешанный (твердотельные и полупроводниковые лазеры);

Режим с модуляцией добротности (возможен для всех типов лазеров).