LASERID meditsiinis

Laser on seade suure intensiivsusega valgusenergia kitsaste kiirte tootmiseks. Laserid loodi 1960. aastal, NSVL) ja Charles Townes (USA), kes said selle avastuse eest 1964. aastal Nobeli preemia. On olemas erinevat tüüpi lasereid – gaasi-, vedel- ja tahketel ainetel töötavad laserid. Laserkiirgus võib olla pidev või impulss.

Mõiste "laser" ise on lühend ingliskeelsest sõnast "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", st "valguse võimendamine stimuleeritud emissiooniga". Füüsikast on teada, et "laser on koherentse elektromagnetilise kiirguse allikas, mis tuleneb optilises resonaatoris paikneva aktiivse keskkonna footonite sundkiirgusest". Tänapäeval kasutatavate kiirgusallikate mitmekesisus määrab lasersüsteemide kasutusalad.

Laserid tulid meditsiini 1960. aastate lõpus. Peagi moodustus kolm lasermeditsiini valdkonda, mille erinevuse määras laseri valgusvoo võimsus (ja sellest tulenevalt ka selle tüüp bioloogilised mõjud). Madala võimsusega kiirgust (mW) kasutatakse peamiselt vereteraapias, keskmise võimsusega (W) - pahaloomuliste kasvajate endoskoopias ja fotodünaamilises teraapias ning suure võimsusega (W) - kirurgias ja kosmetoloogias. Laserite (nn laserskalpellide) kirurgiline kasutamine põhineb suure intensiivsusega kiirguse otsesel mehaanilisel toimel, mis võimaldab kudesid lõigata ja "keevitada". Sama efekt on aluseks laserite kasutamisele kosmetoloogias ja esteetilises meditsiinis (viimastel aastatel koos hambaraviga, mis on üks tulusamaid tervishoiuharusid). Kõige rohkem huvitab biolooge aga laserite ravitoime nähtus. Teada on, et madala intensiivsusega laseriga kokkupuude toob kaasa selliseid positiivseid mõjusid nagu toonuse tõus, vastupidavus stressile, närvi- ja immuunsüsteemi endokriinsüsteemi paranemine, isheemiliste protsesside elimineerimine, krooniliste haavandite paranemine ja paljud teised... Laserteraapia on kindlasti väga tõhus, kuid üllataval kombel pole selle kohta ikka veel selget ettekujutust bioloogilised mehhanismid! Teadlased arendavad endiselt ainult mudeleid selle nähtuse selgitamiseks. Seega on teada, et madala intensiivsusega laserkiirgus (LILR) mõjutab rakkude proliferatsioonipotentsiaali (st stimuleerib nende jagunemist ja arengut). Arvatakse, et selle põhjuseks on lokaalsed temperatuurimuutused, mis võivad stimuleerida kudedes biosünteesiprotsesse. LILI tugevdab ka organismi antioksüdantide kaitsesüsteeme (samas kui kõrge intensiivsusega kiirgus, vastupidi, toob kaasa reaktiivsete hapnikuliikide massilise ilmumise.) Tõenäoliselt seletavad just need protsessid LILI ravitoimet. Kuid nagu juba mainitud, on ka teist tüüpi laserteraapia - nn. fotodünaamiline ravi, mida kasutatakse pahaloomuliste kasvajate vastu võitlemiseks. See põhineb 60ndatel avastatud fotosensibilisaatorite kasutamisel – spetsiifilistel ainetel, mis võivad rakkudesse (peamiselt vähirakkudesse) selektiivselt koguneda. Keskmise võimsusega laserkiirguse ajal neelab fotosensibilisaatori molekul valgusenergiat, muundub aktiivseks vormiks ja põhjustab terve rida hävitavad protsessid vähirakus. Seega on kahjustatud mitokondrid (rakusisesed energiastruktuurid), hapniku metabolism muutub oluliselt, mis toob kaasa tohutu hulga vabade radikaalide ilmumise. Lõpuks põhjustab vee tugev kuumutamine rakus selle membraanistruktuuride (eriti välimise) hävimise rakumembraan). Kõik see viib lõpuks kasvajarakkude intensiivse surmani. Fotodünaamiline teraapia on lasermeditsiini suhteliselt uus valdkond (areneb alates 80. aastate keskpaigast) ja pole veel nii populaarne kui näiteks laserkirurgia või oftalmoloogia, kuid nüüd panevad onkoloogid sellele oma põhilootused.

Üldiselt võib öelda, et laserteraapia on tänapäeval üks dünaamilisemalt arenevaid meditsiiniharusid. Ja üllataval kombel mitte ainult traditsiooniline. Mõnda laserite ravitoimet on kõige lihtsam seletada süsteemide olemasoluga kehas energiakanalid ja nõelravi jaoks kasutatavad punktid. On juhtumeid, kus üksikute kudede lokaalne laserravi põhjustas positiivseid muutusi teistes kehaosades. Teadlased peavad endiselt vastama paljudele sellega seotud küsimustele raviomadused laserkiirgus, mis kindlasti avab uusi väljavaateid meditsiini arenguks 21. sajandil.

Laserkiire tööpõhimõte põhineb asjaolul, et fokuseeritud valguskiire energia tõstab järsult kiiritatud ala temperatuuri ja põhjustab koe koagulatsiooni (hüübimist). kangad. Bioloogilised omadused laserkiirguse mõju sõltub laseri tüübist, energia võimsusest, selle olemusest, struktuurist ja bioloogilistest omadustest. kiiritatud kudede omadused. Kitsas suure võimsusega valguskiir võimaldab teostada fotokoagulatsiooni rangelt määratletud koepiirkonnas sekundi murdosa jooksul. Ümbritsevad kuded ei mõjuta. Lisaks koagulatsioonile bioloogiline. kude, suure kiirgusvõimsusega, on selle plahvatuslik hävitamine võimalik teatud tüüpi lööklaine mõjul, mis moodustub koevedeliku hetkelise ülemineku tulemusena kõrge temperatuuri mõjul gaasilisse olekusse. Koe tüüp, värvus (pigmentatsioon), paksus, tihedus ja vere täiteaine määr. Mida suurem on laserkiirguse võimsus, seda sügavamale see tungib ja seda tugevam on selle mõju.

Silmaarstid olid esimesed, kes kasutasid lasereid patsientide raviks, kes kasutasid neid võrkkesta koaguleerimiseks selle eraldumise ja rebenemise ajal (), samuti väikeste silmasiseste kasvajate hävitamiseks ja optilise nägemise loomiseks. augud silmas sekundaarse kataraktiga. Lisaks hävitatakse laserkiirega väikesed, pindmiselt paiknevad kasvajad ja koaguleeritakse patoloogilised koed. moodustised naha pinnal (pigmendilaigud, veresoonte kasvajad jne). Laserkiirgust kasutatakse ka diagnostikas. veresoonte uurimiseks, pildistamiseks siseorganid ja teised Alates 1970. aastast hakati kirurgias kasutama laserkiiri. operatsioonid "kerge skalpellina" kehakudede lahkamiseks.

Meditsiinis kasutatakse lasereid vereta skalpellidena ja neid kasutatakse silmahaiguste (kae, võrkkesta irdumine, lasernägemise korrigeerimine jne) ravis. Neid kasutatakse laialdaselt ka kosmetoloogias (laserkarvade eemaldamine, veresoonte ja pigmenteerunud nahadefektide ravi, laserkoorimine, tätoveeringute ja vanuselaikude eemaldamine).

Kirurgiliste laserite tüübid

Laserkirurgia puhul kasutatakse üsna võimsaid pidevas või impulssrežiimis töötavaid lasereid, mis on võimelised bioloogilist kudet tugevalt kuumutama, mis viib selle lõikamiseni või aurustumiseni.

Lasereid nimetatakse tavaliselt laserkiirgust genereeriva aktiivse kandja tüübi järgi. Laserkirurgia tuntuimad on neodüümlaser ja süsinikdioksiidi laser (ehk CO2 laser).

Mõnel teisel meditsiinis kasutatavatel suure energiatarbega laseritel on tavaliselt oma kitsad kasutusalad. Näiteks oftalmoloogias kasutatakse sarvkesta pinna täpseks aurustamiseks eksimeerlasereid.

Kosmetoloogias kasutatakse vaskulaarsete ja pigmenteerunud nahadefektide kõrvaldamiseks KTP-lasereid, värvaine- ja vaseauru lasereid;

CO2 laser

Süsinikdioksiidi laser on esimene kirurgiline laser ja seda on aktiivselt kasutatud alates 1970. aastatest kuni tänapäevani.

Kõrge neeldumine vees ja orgaanilistes ühendites (tüüpiline läbitungimissügavus 0,1 mm) muudab CO2 laseri sobivaks paljude kirurgiliste protseduuride jaoks, sealhulgas günekoloogia, otorinolarüngoloogia, üldkirurgia, dermatoloogia, dermatoloogia ja ilukirurgia jaoks.

Laseri pinnaefekt võimaldab bioloogilist kudet välja lõigata ilma sügavate põletusteta. See muudab CO2 laseri ka silmadele kahjutuks, kuna kiirgus ei läbi sarvkesta ega läätse.

Muidugi võib võimas suunatud kiir sarvkesta kahjustada, kuid kaitseks piisab tavalistest klaasist või plastikust klaasidest.

10 µm lainepikkuse puuduseks on see, et sobivat, hea läbilaskvusega optilist kiudu on väga raske toota. Ja ikkagi parim lahendus on peegelliigendiga manipulaator, kuigi see on üsna kallis seade, raskesti reguleeritav ning tundlik põrutuste ja vibratsiooni suhtes.

CO2 laseri puuduseks on ka selle pidev töö. Kirurgias on efektiivseks lõikamiseks vajalik bioloogiline kude kiiresti aurustada ilma ümbritsevat kudet kuumutamata, mis nõuab suurt tippvõimsust, st impulsirežiimi. Tänapäeval kasutavad CO2 laserid selleks nn superimpulssrežiimi, mille puhul laserkiirgus toimub lühikeste, kuid pidevlaseri keskmise võimsusega võrreldes 2-3 korda võimsamate impulsside paki kujul.

Neodüüm laser

Neodüümlaser on kõige levinum tahkislaseri tüüp nii tööstuses kui ka meditsiinis.

Selle aktiivne keskkond - neodüümiioonide Nd:YAG poolt aktiveeritud ütriumalumiiniumgranaadi kristall - võimaldab saada võimas kiirgus IR-lähedases vahemikus lainepikkusel 1,06 µm peaaegu igas töörežiimis suure tõhususega ja kiudväljundi võimalusega.

Seetõttu tulid pärast CO2 lasereid meditsiinisse neodüümlaserid nii operatsiooni kui ka ravi eesmärgil.

Sellise kiirguse tungimise sügavus bioloogilisse koesse on 6 - 8 mm ja sõltub üsna tugevalt selle tüübist. See tähendab, et CO2 laseriga sama lõikamis- või aurustusefekti saavutamiseks vajab neodüümlaser mitu korda suuremat kiirgusvõimsust. Ja teiseks tekivad olulised kahjustused laserhaava aluseks olevatele ja ümbritsevatele kudedele, mis mõjutab negatiivselt selle operatsioonijärgset paranemist, põhjustades erinevaid põletusreaktsioonile omaseid tüsistusi – armistumist, stenoosi, ahenemist jne.

Neodüümlaseri eelistatud kasutusvaldkond on mahuline ja sügav koagulatsioon uroloogias, günekoloogias, onkoloogilistes kasvajates, sisemises verejooksus jne, nii avatud kui ka endoskoopilistel operatsioonidel.

Oluline on meeles pidada, et neodüümlaseri kiirgus on nähtamatu ja silmadele ohtlik isegi hajutatud kiirguse väikeste annuste korral.

Spetsiaalse mittelineaarse kristalli KTP (kaaliumtitaanfosfaat) kasutamine neodüümlaseris võimaldab kahekordistada laseri kiirgava valguse sagedust. Saadud KTP laser, mis kiirgab spektri nähtavas rohelises piirkonnas lainepikkusel 532 nm, suudab tõhusalt koaguleerida verega küllastunud kudesid ning seda kasutatakse veresoonte- ja kosmeetilises kirurgias.

Holmium laser

Holmiumioonide poolt aktiveeritud ütriumalumiiniumgranaadikristall Ho:YAG on võimeline tekitama laserkiirgust lainepikkusel 2,1 mikronit, mis imendub hästi bioloogilistesse kudedesse. Selle tungimise sügavus bioloogilisse koesse on umbes 0,4 mm, st võrreldav CO2 laseriga. Seetõttu on holmiumlaseril kõik CO2 laseri eelised kirurgias.

Kuid holmiumlaseri kahe mikroni kiirgus läbib samal ajal hästi kvartsoptilist kiudu, mis võimaldab seda kasutada kiirguse mugavaks kohaletoimetamiseks operatsioonikohta. See on eriti oluline minimaalselt invasiivsete endoskoopiliste operatsioonide puhul.

Holmium laserkiirgus koaguleerib tõhusalt kuni 0,5 mm suuruseid veresooni, mis on enamiku kirurgiliste sekkumiste jaoks täiesti piisav. Kahe mikroni kiirgus on ka silmadele üsna ohutu.

Holmiumlaseri tüüpilised väljundparameetrid: keskmine väljundvõimsus W, maksimaalne kiirgusenergia - kuni 6 J, impulsi kordussagedus - kuni 40 Hz, impulsi kestus - umbes 500 μs.

Holmium laserkiirguse füüsikaliste parameetrite kombinatsioon osutus kirurgilistel eesmärkidel optimaalseks, mis võimaldas sellel leida arvukalt rakendusi väga erinevates meditsiinivaldkondades.

Erbium laser

Erbiumlaseri (Er:YAG) lainepikkus on 2,94 µm (keskmine infrapuna). Töörežiim - impulss.

Erbiumlaserkiirguse läbitungimissügavus bioloogilistesse kudedesse ei ületa 0,05 mm (50 mikronit), st selle neelduvus on kordades suurem kui CO2 laseril ja mõjub eranditult pindmiselt.

Sellised parameetrid praktiliselt ei võimalda bioloogilise koe koagulatsiooni.

Erbiumlaseri peamised kasutusvaldkonnad meditsiinis:

Naha mikropinna taastamine,

Naha perforatsioon vereproovide võtmiseks,

kõvade hambakudede aurustamine,

Silma sarvkesta pinna aurustamine kaugnägemise korrigeerimiseks.

Erbiumlaserkiirgus ei ole silmadele kahjulik, nagu ka CO2 laser, samuti pole selle jaoks usaldusväärset ja odavat fiiberinstrumenti.

Dioodlaser

Praegu on terve rida dioodlasereid lai valik lainepikkused 0,6 kuni 3 mikronit ja kiirgusparameetrid. Dioodlaserite peamised eelised on kõrge efektiivsus (kuni 60%), miniatuurne suurus ja pikk kasutusiga (üle 10 000 tunni).

Ühe dioodi tüüpiline väljundvõimsus ületab harva pidevas režiimis 1 W ja impulsi energia ei ületa 1–5 mJ.

Operatsiooniks piisava võimsuse saamiseks ühendatakse üksikud dioodid 10–100 elemendist koosnevateks komplektideks, mis on paigutatud joonlauale, või kinnitatakse igale dioodile õhukesed kiud ja kogutakse need kimpu. Sellised komposiitlaserid võimaldavad toota 50 W või enamat pidevat kiirgust lainepikkusel nm, mida tänapäeval kasutatakse günekoloogias, oftalmoloogias, kosmetoloogias jne.

Dioodlaserite põhitöörežiim on pidev, mis piirab nende kasutamise võimalusi laserkirurgias. Ülimpulss-töörežiimi rakendamisel võivad liiga pikad impulsid (suurusjärgus 0,1 s) dioodlaserite genereerimise lainepikkustel lähiinfrapuna-alas põhjustada liigset kuumenemist ja sellele järgnevat ümbritsevate kudede põletuspõletikku.

Meditsiinis on laserid leidnud oma rakenduse laserskalpelli kujul. Selle kasutamise kirurgilistel operatsioonidel määravad järgmised omadused:

See teeb suhteliselt veretu lõike, kuna samaaegselt kudede dissektsiooniga koaguleerib haava servad, "pitseerides" mitte liiga suuri veresooni;

Laser-skalpell eristub oma pidevate lõikeomaduste poolest. Kokkupuude kõva esemega (nt luuga) ei lülita skalpelli välja. Mehaanilise skalpelli jaoks oleks selline olukord saatuslik;

Laserkiir võimaldab oma läbipaistvuse tõttu kirurgil näha opereeritavat piirkonda. Tavalise skalpelli tera, nagu ka elektrinoa tera, blokeerib alati mingil määral kirurgi töövälja;

Laserkiir lõikab kudet kaugelt ilma, et see seda põhjustaks mehaaniline mõju kangal;

Laserskalpell tagab absoluutse steriilsuse, sest koega interakteerub ainult kiirgus;

Laserkiir toimib rangelt lokaalselt, kudede aurustumine toimub ainult fookuspunktis. Kudede külgnevad alad on oluliselt vähem kahjustatud kui mehaanilise skalpelli kasutamisel;

Kliiniline praktika on näidanud, et laserskalpelliga tekitatud haav peaaegu ei valuta ja paraneb kiiremini.

Laserite praktiline kasutamine kirurgias sai alguse NSV Liidus 1966. aastal A.V. Instituudis. Laserskalpelli kasutati rindkere ja kõhuõõne siseorganite operatsioonidel. Praegu kasutatakse laserkiirte abil nahaplastilisi operatsioone, söögitoru, mao, soolte, neerude, maksa, põrna ja teiste organite operatsioone. Väga ahvatlev on teha laseriga operatsioone palju veresooni sisaldavatele elunditele, näiteks südamele ja maksale.

Silmakirurgias kasutatakse eriti laialdaselt laserinstrumente. Silm, nagu teate, on väga peene ehitusega organ. Silmakirurgia puhul on eriti oluline manipuleerimise täpsus ja kiirus. Lisaks selgus, et laserkiirguse sageduse õige valiku korral läbib see vabalt silma läbipaistvaid kudesid, avaldamata neile mingit mõju. See võimaldab teostada operatsioone silmaläätsele ja silmapõhjale ilma sisselõikeid tegemata. Praegu tehakse edukalt operatsioone objektiivi eemaldamiseks, aurustades seda väga lühikese ja võimsa impulsiga. Sel juhul ei kahjustata ümbritsevaid kudesid, mis kiirendab paranemisprotsessi, mis võtab sõna otseses mõttes paar tundi. See omakorda hõlbustab oluliselt kunstläätse hilisemat implanteerimist. Teine edukalt omandatud operatsioon on irdunud võrkkesta keevitamine.

Lasereid kasutatakse üsna edukalt ka selliste levinud silmahaiguste ravis nagu lühinägelikkus ja kaugnägelikkus. Nende haiguste üheks põhjuseks on mingil põhjusel sarvkesta konfiguratsiooni muutus. Sarvkesta väga täpselt doseeritud kiiritamise abil laserkiirgusega on võimalik parandada selle defekte, taastades normaalse nägemise.

Laserteraapia kasutamise tähtsust arvukate onkoloogiliste haiguste ravis, mis on põhjustatud modifitseeritud rakkude kontrollimatust jagunemisest, on raske üle hinnata. Laserkiire täpselt vähirakkude klastritele fokusseerimisel saab kobarad terveid rakke kahjustamata täielikult hävitada.

Erinevate siseorganite haiguste diagnoosimisel kasutatakse laialdaselt mitmesuguseid lasersonde, eriti juhtudel, kui muude meetodite kasutamine on võimatu või väga raske.

Madala energiatarbega laserkiirgust kasutatakse meditsiinilistel eesmärkidel. Laserteraapia põhineb keha kokkupuutel lähiinfrapuna lairiba impulsskiirgusega koos konstantse magnetväljaga. Laserkiirguse terapeutiline (tervendav) toime elusorganismile põhineb fotofüüsikalistel ja fotokeemilistel reaktsioonidel. Rakutasandil muutub energia aktiivsus vastuseks laserkiirgusele rakumembraanid, aktiveeritakse DNA - RNA - valgusüsteemi rakkude tuumaaparaat ja sellest tulenevalt suureneb rakkude bioenergeetiline potentsiaal. Reaktsioon organismi kui terviku tasemel väljendub kliinilistes ilmingutes. Need on valuvaigistavad, põletiku- ja ödeemivastased toimed, mikrotsirkulatsiooni parandamine mitte ainult kiiritatud kudedes, vaid ka ümbritsevates kudedes, kahjustatud koe paranemise kiirendamine, üldiste ja lokaalsete immunoprotektiivsete tegurite stimuleerimine, koletsüstiidi vähenemine veres. veri, bakteriostaatiline toime.

LASER(lühend inglise keele algustähtedest. Valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse kaudu – valguse võimendamine stimuleeritud emissiooniga; sün. optiline kvantgeneraator) - tehniline seade, mis kiirgab kiirte kujul fokuseeritud elektromagnetkiirgust vahemikus infrapunast ultraviolettkiirguseni. suur energia Ja bioloogiline mõju. L. lõid 1955. aastal N. G. Basov, A. M. Prokhorov (NSVL) ja Ch Townes (USA), kes said selle leiutise eest 1964. aastal Nobeli preemia.

Laseri põhiosad on töövedelik ehk aktiivne keskkond, pumbalamp ja peegelresonaator (joonis 1). Laserkiirgus võib olla pidev või impulss. Pooljuhtlaserid võivad töötada mõlemas režiimis. Pumba lambi tugeva valgussähvatuse tagajärjel elektronid toimeaine liikuda rahulikust olekust erutatud seisundisse. Üksteisele mõjudes tekitavad nad valgusfootonite laviini. Resonantsekraanidelt peegeldudes ilmuvad need footonid, mis murduvad läbi poolläbipaistva peegliekraani, kitsa monokromaatilise suure energiaga valgusvihuna.

Klaasi töövedelik võib olla tahke (tehisrubiini kristallid, millele on lisatud kroomi, mõningaid volframi- ja molübdeenisoolasid, erinevat tüüpi klaas neodüümi ja mõne muu elemendi seguga jne), vedel (püridiin, benseen, tolueen, bromonaftaleen, nitrobenseen jne), gaas (heeliumi ja neooni segu, heeliumi ja kaadmiumi aurud, argoon, krüptoon, süsinikdioksiid jne).

Töövedeliku aatomite ergastatud olekusse viimiseks võite kasutada valguskiirgust, elektronide voolu, voolu radioaktiivsed osakesed, keemia. reaktsioon.

Kui kujutame aktiivset keskkonda ette kui kunstlikku rubiinkristalli kroomi seguga, mille paralleelsed otsad on kujundatud sisemise peegeldusega peegli kujul ja üks neist on poolläbipaistev ning see kristall on valgustatud võimsa pumba lambi välklamp, siis sellise võimsa valgustuse või, nagu tavaliselt nimetatakse, optilise pumpamise tulemusena, suurem arv kroomi aatomid lähevad ergastatud olekusse.

Põhiolekusse naastes kiirgab kroomiaatom spontaanselt footoni, mis põrkab kokku ergastatud kroomiaatomiga, lööb välja teise footoni. Need footonid, mis omakorda kohtuvad teiste ergastatud kroomiaatomitega, löövad footonid jälle välja ja see protsess suureneb nagu laviin. Peegli otstest korduvalt peegelduvate footonite voog suureneb, kuni kiirguse energiatihedus saavutab piirväärtuse, mis on piisav poolläbipaistvast peegli ületamiseks, ja puhkeb monokromaatilise koherentse (rangelt suunatud) kiirguse impulsi kujul, mille lainepikkus mis on 694 ,3 nm ja impulsi kestus 0,5-1,0 ms energiaga fraktsioonidest sadade džaulideni.

Valgussähvatuse energiat saab hinnata järgmise näite abil: kogu spektri energiatihedus päikese pinnal on 10 4 W/cm 2 ja valguse fokuseeritud kiir võimsusega 1 MW tekitab kiirguse intensiivsuse fookus kuni 10 13 W/cm 2 .

Monokromaatsus, koherentsus, väike kiire divergentsi nurk ja optilise teravustamise võimalus võimaldavad saavutada kõrge energiakontsentratsiooni.

Fokuseeritud laserkiirt saab suunata mitme mikroni suurusele alale. See saavutab kolossaalse energiakontsentratsiooni ja tekitab kiiritatud objektis ülikõrge temperatuuri. Laserkiirgus sulatab terast ja teemanti ning hävitab igasuguse materjali.

Laserseadmed ja nende kasutusalad

Laserkiirguse eriomadused – kõrge suunatavus, koherentsus ja monokromaatilisus – avavad praktiliselt suurepärased võimalused selle kasutamiseks erinevates teaduse, tehnika ja meditsiini valdkondades.

Mee jaoks Eesmärgil kasutatakse erinevaid lasereid, mille kiirgusvõimsuse määravad kirurgilise või terapeutilise ravi eesmärgid. Sõltuvalt kiiritamise intensiivsusest ja selle koostoimest erinevate kudedega saavutatakse koagulatsiooni, ekstirpatsiooni, stimuleerimise ja regenereerimise mõju. Kirurgias, onkoloogias ja oftalmoloogilises praktikas kasutatakse kümnete vattide võimsusega lasereid ning ergutava ja põletikuvastase toime saamiseks kümnete millivattide võimsusega lasereid.

L. abil on võimalik üheaegselt edastada tohutul hulgal telefonivestlusi, suhelda nii maa peal kui kosmoses ning määrata taevakehade asukohta.

Laserkiire väike lahknevus võimaldab neid kasutada mõõdistuspraktikas ja suurte ehitamisel insenerikonstruktsioonid, lennukite maandumiseks, masinaehituses. Gaaslasereid kasutatakse kolmemõõtmeliste kujutiste saamiseks (holograafia). Geodeetilises praktikas kasutatakse laialdaselt erinevat tüüpi laserkaugusmõõtjaid. L. kasutatakse meteoroloogias, keskkonnasaaste seireks, mõõtmis- ja arvutitehnoloogias, instrumentide valmistamisel, mikroelektrooniliste ahelate mõõtmete töötlemisel ja keemiliste reaktsioonide käivitamisel. reaktsioonid jne.

Lasertehnoloogias kasutatakse nii impulss- kui ka pideva toimega tahkis- ja gaaslasereid. Erinevate ülitugevate materjalide - terased, sulamid, teemandid, kellakivid - lõikamiseks, puurimiseks ja keevitamiseks toodetakse lasersüsteeme süsinikdioksiidil (LUND-100, TILU-1, Impulse), lämmastikul (Signal-3), rubiin (LUCH-1M, K-ZM, LUCH-1 P, SU-1), neodüümklaasil (Kvant-9, Korund-1, SLS-10, Kizil) jne. Enamik lasertehnoloogia protsesse kasutab termilist valguse mõju, mis on põhjustatud selle neeldumisest töödeldud materjalist. Kiirgusvoo tiheduse suurendamiseks ja ravitsooni lokaliseerimiseks kasutatakse optilisi süsteeme. Lasertehnoloogia omadused on järgmised: kõrge kiirgusenergia tihedus töötlemistsoonis, mis annab lühikese aja jooksul vajaliku soojusefekti; mõjutava kiirguse asukoht selle fokuseerimise võimaluse tõttu ja äärmiselt väikese läbimõõduga valguskiired; väike termiliselt mõjutatud tsoon, mis on tingitud lühiajalisest kokkupuutest kiirgusega; võime viia protsessi läbi mis tahes läbipaistvas keskkonnas tehnoloogiliste akende kaudu. kaamerad jne.

Juhtimis- ja sidesüsteemide juhtimis- ja mõõteriistades kasutatavate laserite kiirgusvõimsus on madal, suurusjärgus 1-80 mW. Eksperimentaalsete uuringute jaoks (vedelike voolukiiruste mõõtmine, kristallide uurimine jne) kasutatakse võimsaid lasereid, mis genereerivad impulssrežiimis kiirgust tippvõimsusega kilovattidest hektovattidesse ja impulsi kestusega 10 -9 -10 -4 sekundit. . Materjalide töötlemiseks (lõikamine, keevitamine, augud jne) kasutatakse erinevaid lasereid väljundvõimsusega 1 kuni 1000 vatti või rohkem.

Laserseadmed suurendavad oluliselt tööjõu efektiivsust. Seega võimaldab laserlõikamine oluliselt säästa toorainet, kohene aukude stantsimine mistahes materjalidesse hõlbustab puurija tööd, mikroskeemide valmistamise lasermeetod parandab toodete kvaliteeti jne. Võib väita, et laserist on saanud üks kõige levinumad teaduslikes, tehnilistes ja meditsiinilistes rakendustes kasutatavad seadmed. eesmärgid.

Laserkiire toimemehhanism bioloogilisele koele põhineb asjaolul, et valguskiire energia tõstab järsult temperatuuri väikeses kehapiirkonnas. Temperatuur kiiritatud alal võib J. P. Mintoni sõnul tõusta 394°-ni ning seetõttu patoloogiliselt muutunud ala põleb ja aurustub hetkega. Termiline mõju ümbritsevatele kudedele ulatub väga lühikesele kaugusele, kuna otsese monokromaatilise fokuseeritud kiirguskiire laius on võrdne

0,01 mm. Laserkiirguse mõjul ei toimu mitte ainult eluskoe valkude koagulatsioon, vaid ka selle plahvatuslik hävitamine teatud tüüpi lööklaine toimel. See lööklaine tekib seetõttu, et kõrgel temperatuuril muutub koevedelik koheselt gaasiliseks. Omadused biol, toimed sõltuvad laserkiirguse lainepikkusest, impulsi kestusest, võimsusest, energiast, aga ka kiiritatud kudede struktuurist ja omadustest. Tähtis on värvus (pigmentatsioon), paksus, tihedus, koe verega täitumise aste, nende füsiool, seisund ja patooli olemasolu, muutused neis. Mida suurem on laserkiirguse võimsus, seda sügavamale see tungib ja seda tugevam on selle mõju.

Eksperimentaalsetes uuringutes uuriti erineva ulatusega valguskiirguse mõju rakkudele, kudedele ja organitele (nahk, lihased, luud, siseorganid jne). tulemused erinevad soojus- ja kiirgusmõjudest. Pärast otsest kokkupuudet laserkiirgusega kudedele ja elunditele tekivad neis erineva pindala ja sügavusega piiratud kahjustused, olenevalt koe või elundi iseloomust. Kui gistol, uurides L.-ga kokkupuutuvaid kudesid ja elundeid, saab neis tuvastada kolm morfoolimuutuste tsooni: pindmise hüübimisnekroosi tsoon; hemorraagia ja turse piirkond; düstroofsete ja nekrobiootiliste muutuste tsoon rakus.

Laserid meditsiinis

Impulsslaserite, aga ka pidevate laserite väljatöötamine, mis on võimelised tekitama suure energiatihedusega valguskiirgust, lõi tingimused laserite laialdaseks kasutamiseks meditsiinis. 70ndate lõpuks. 20. sajandil Laserkiiritust hakati kasutama diagnoosimiseks ja raviks erinevates meditsiini valdkondades – kirurgia (sh traumatoloogia, kardiovaskulaar-, kõhukirurgia, neurokirurgia jne) > onkoloogia, oftalmoloogia, hambaravi. Tuleb rõhutada, et silma lasermikrokirurgia kaasaegsete meetodite rajaja on Nõukogude silmaarst, NSVL Meditsiiniteaduste Akadeemia akadeemik M. M. Krasnov. Väljavaateid on praktiline kasutamine L. teraapias, füsioteraapias jne. Bioloogiliste objektide spektrokeemilised ja molekulaarsed uuringud on juba tihedalt seotud laseremissioonspektroskoopia, neeldumis- ja fluorestsentsspektrofotomeetria arendamisega, kasutades sagedusega häälestatavat L., laser-Ramani spektroskoopiat. Need meetodid koos mõõtmiste tundlikkuse ja täpsuse suurendamisega vähendavad analüüsiaega, mis on toonud kaasa järsu laienemise kutsehaiguste diagnoosimise, ravimite kasutamise seire, kohtumeditsiini valdkonna uuringute ulatuse, jne. Kombinatsioonis fiiberoptikaga saab läbivalgustamiseks kasutada laserspektroskoopia meetodeid rindkere õõnsus, veresoonte uuringud, siseorganite pildistamine nende funktsioonide, funktsioonide uurimiseks ja kasvajate tuvastamiseks.

Uuring ja tuvastamine suured molekulid(DNA, RNA jne) ja viirused, immunool, uuringud, kineetika ja bioli uurimine, mikroorganismide aktiivsus, mikrotsirkulatsioon veresoontes, bioli voolukiiruste mõõtmine, vedelikud - laser Rayleigh ja Doppleri spektromeetria peamised kasutusvaldkonnad meetodid, ülitundlikud ekspressmeetodid, mis võimaldavad mõõtmisi teha uuritavate osakeste ülimadalatel kontsentratsioonidel. L. abiga tehakse kudede mikrospektraalanalüüs, juhindudes kiirguse mõjul aurustunud aine olemusest.

Laserkiirguse dosimeetria

Seoses L. aktiivse keha, eriti gaasi (näiteks heelium-neoon) võimsuse kõikumisega nende töö ajal, samuti vastavalt ohutusnõuetele teostatakse dosimeetrilist seiret süstemaatiliselt spetsiaalsete standardite järgi kalibreeritud dosimeetrite abil. etalonvõimsusmõõturid, eelkõige IMO-2 tüüpi ja riikliku metroloogiateenistuse poolt sertifitseeritud. Dosimeetria võimaldab määrata efektiivseid terapeutilisi doose ja võimsustihedust, mis määrab biol, laserkiirguse efektiivsuse.

Laserid kirurgias

L. esimene rakendusvaldkond meditsiinis oli kirurgia.

Näidustused

L. tala võime kudesid tükeldada võimaldas selle kasutuselevõttu kirurgilises praktikas. "Laser-skalpelli" bakteritsiidne toime ja koaguleerivad omadused olid aluseks selle kasutamisele seedetrakti operatsioonidel. trakti, parenhüümi organite, neurokirurgiliste operatsioonide ajal, patsientidel, kellel on suurenenud verejooks (hemofiilia, kiiritushaigus ja jne).

Heelium-neoon- ja süsihappegaaslasereid kasutatakse edukalt teatud kirurgiliste haiguste ja vigastuste korral: nakatunud, pikaajaliselt mitteparanevad haavad ja haavandid, põletused, oblitereeriv endarteriit, deformeeriv artroos, luumurrud, naha autotransplantatsioon põletuspindadele, abstsessid ja flegmoonid. pehmed koed jne Lasermasinad “Scalpell” ja “Pulsar” on mõeldud luude ja pehmete kudede lõikamiseks. On kindlaks tehtud, et L. kiirgus stimuleerib regeneratsiooniprotsesse, muutes haavaprotsessi faaside kestust. Näiteks pärast haavandite avamist ja L. õõnsuste seinte töötlemist lüheneb haavade paranemisaeg võrreldes teiste ravimeetoditega oluliselt tänu haavapinna nakatumise vähenemisele, kiirendades haava puhastamist mäda-nekrootilisest massid ning granulatsioonide ja epiteeli moodustumine. Gistoli ja tsitooli uuringud on näidanud reparatiivsete protsesside suurenemist, mis on tingitud RNA ja DNA sünteesi suurenemisest fibroblastide tsütoplasmas ning glükogeeni sisalduse suurenemisest neutrofiilide leukotsüütide ja makrofaagide tsütoplasmas, mikroorganismide arvu vähenemisest ja mikroobide ühenduste arv haavaeritumisel, bioli vähenemine, patogeense stafülokoki aktiivsus.

Metoodika

Kahjustus (haav, haavand, põletuspind jne) on tinglikult jagatud väljadeks. Iga välja kiiritatakse iga päev või iga 1-2 päeva järel väikese võimsusega laseritega (10-20 mW) 5-10 minutit. Ravikuur on 15-25 seanssi. Vajadusel saate 25-30 päeva pärast kursust korrata; tavaliselt ei korrata neid rohkem kui 3 korda.

Laserid onkoloogias

Aastatel 1963-1965 NSV Liidus ja CETAs viidi läbi katseid loomadega, mis näitasid, et L. kiirgus võib hävitada siirdatavaid kasvajaid. 1969. aastal avati Ukraina NSV Teaduste Akadeemia Onkoloogiaprobleemide Instituudis (Kiievis) esimene spetsiaalse paigaldusega varustatud laserteraapia onkoloogia osakond, mille abil raviti nahakasvajatega patsiente ( joonis 2). Seejärel üritati laserravi levitada kasvajate ja muude lokalisatsioonide korral.

Näidustused

L. kasutatakse hea- ja pahaloomuliste nahakasvajate, samuti naiste suguelundite mõningate vähieelsete seisundite raviks. Mõju sügaval paiknevatele kasvajatele nõuab tavaliselt nende paljastamist, kuna laserkiirgus nõrgeneb kudede läbimisel oluliselt. Tänu intensiivsemale valguse neeldumisele on pigmenteerunud kasvajad – melanoomid, hemangioomid, pigmenteerunud nevusid jne – kergemini alluvad laserravile kui mittepigmenteerunud kasvajad (joonis 3). Arendatakse meetodeid L. kasutamiseks teiste organite (kõri, suguelundite, piimanäärme jne) kasvajate raviks.

Vastunäidustus L. kasutamiseks on silmade lähedal paiknevad kasvajad (nägemisorgani kahjustamise ohu tõttu).

Metoodika

L. kasutamiseks on kaks meetodit: kasvaja kiiritamine nekrotiseerimise eesmärgil ja selle väljalõikamine. Ravi läbiviimisel kasvaja nekroosi tekitamiseks: 1) objekti töötlemine väikeste kiiritusdoosidega, joodiga, mis hävitab kasvaja piirkonda ja ülejäänu muutub järk-järgult nekrootiliseks; 2) kiiritamine suurte doosidega (300 kuni 800 J/cm2); 3) mitmekordne kiiritamine, mille tagajärjeks on kasvaja täielik surm. Nekrotiseerimismeetodiga ravimisel algab nahakasvajate kiiritamine perifeeriast, liikudes järk-järgult tsentri poole, haarates tavaliselt 1,0–1,5 cm laiuse normaalse koe piirriba. On vaja kiiritada kogu kasvaja massi, kuna mitte -kiiritatud alad on taaskasvamise allikaks. Kiirgusenergia hulga määravad laseri tüüp (impulss- või pidev), spektraalpiirkond ja muud kiirgusparameetrid, samuti kasvaja tunnused (pigmentatsioon, suurus, tihedus jne). Pigmenteerimata kasvajate ravimisel võib neisse süstida värvilisi ühendeid, et tõhustada kiirguse neeldumist ja kasvaja hävimist. Kudede nekroosi tõttu tekib nahakasvaja kohale must või tumehall koorik, servad kaovad 2-6 nädala pärast. (joonis 4).

Kasvaja väljalõikamisel laseriga saavutatakse hea hemostaatiline ja aseptiline toime. Meetod on väljatöötamisel.

Tulemused

L. kõik kasvajad, mida saab kiiritada, võib hävitada. Sel juhul ei esine kõrvaltoimeid, eriti hematopoeetilises süsteemis, mis võimaldab ravida eakaid patsiente, nõrgestatud patsiente ja väikelapsi. Pigmenteerunud kasvajate puhul hävitatakse valikuliselt vaid kasvajarakud, mis tagab õrna toime ja kosmeetiliselt soodsa tulemuse. Kiirgust saab täpselt fokuseerida ja seetõttu saab sekkumist rangelt lokaliseerida. Laserkiirguse hemostaatiline toime võimaldab piirata verekaotust). Edukad tulemused nahavähi ravis, vastavalt 5-aastastele vaatlustele, täheldati 97% juhtudest (joonis 5).

Tüsistused: söestumine

kudesid tükeldamisel.

Laserid oftalmoloogias

Traditsioonilisi impulss-moduleerimata lasereid (tavaliselt rubiin) kasutati kuni 70ndateni. silmapõhja kauteriseerimiseks, näiteks koorioretinaalse liimi moodustamiseks võrkkesta irdumise ravis ja ennetamises, väikeste kasvajate jne korral. Praeguses etapis oli nende kasutusala ligikaudu sama, mis fotokoagulaatoritel. tavapärane (mitte-monokromaatiline, ebaühtlane) valguskiir.

70ndatel Oftalmoloogias kasutati edukalt uut tüüpi lasereid (värv joon. 1 ja 2): pideva toimega gaaslaserid, "hiiglaslike" impulssidega moduleeritud laserid ("külmad" laserid), värvainepõhised laserid ja mitmed teised. See laiendas märkimisväärselt silma kiilu kandmise ala - sai võimalikuks aktiivselt sekkuda silma sisemembraanidesse ilma selle õõnsust avamata.

Suur praktiline tähtsus esindavad järgmisi valdkondi kiil, laser oftalmoloogia.

1. Teadaolevalt on silmapõhja veresoonkonnahaigused tõusmas (ja mitmes riigis juba jõudnud) ravimatu pimeduse põhjuste hulgas esikohale. Nende hulgas on diabeetiline retinopaatia laialt levinud, see areneb peaaegu kõigil diabeediga patsientidel, kelle haigus on kestnud 17-20 aastat.

Patsiendid kaotavad tavaliselt nägemise äsja moodustunud patoloogiliselt muutunud veresoonte korduvate silmasisese hemorraagiate tagajärjel. Laserkiire abil (parimad tulemused saadakse gaasiga, näiteks argooniga, püsilaserid) koaguleeruvad nii ekstravasatsioonipiirkondadega muutunud veresooned kui ka äsja moodustunud veresoonte tsoonid, mis on eriti vastuvõtlikud rebenemisele. Edukat tulemust, mis kestab mitu aastat, täheldatakse ligikaudu 50% patsientidest. Tavaliselt koaguleeritakse võrkkesta mõjutamata alad, millel puudub esmane funktsioon (panretinaalne koagulatsioon).

2. Otseseks raviks sai kättesaadavaks ka võrkkesta veresoonte tromboos (eriti veenide). kokkupuude ainult L-i kasutades. Laserkoagulatsioon aitab aktiveerida võrkkesta vereringet ja hapnikuga varustamist, vähendada või kõrvaldada võrkkesta troofilist turset, mida ei saa ravida. kokkupuude lõpeb tavaliselt tõsiste pöördumatute muutustega (värv. Joon. 7-9).

3. Võrkkesta degeneratsiooni, eriti transudatsiooni staadiumis, saab mõnel juhul edukalt ravida laserraviga, mis on praktiliselt ainuke viis sellesse patooliprotsessi aktiivseks sekkumiseks.

4. Fokaalsed põletikulised protsessid silmapõhjas, periflebiit, angiomatoosi piiratud ilmingud on mõnel juhul samuti edukalt ravitavad laserraviga.

(vt) võimaldas teostada mittekirurgilist iridektoomiat” ja muuta operatsioon seeläbi ambulatoorseks. Kaasaegsed laseriridektoomia meetodid, eriti NSVL-is M. M. Krasnovi jt poolt välja töötatud kaheetapiline iridektoomia meetod kahe L. abil, võimaldavad saavutada iridektoomia peaaegu 100% patsientidest (joon. 6); selle hüpotensiivne toime (nagu kirurgilise sekkumise puhul) sõltub suuresti protseduuri õigeaegsusest (hilisemates etappides tekivad eeskambri nurgas adhesioonid - nn goniosünehia, mis nõuavad lisameetmeid). Koos nö avatud nurga glaukoom lasergoniopunktsiooni meetodil võib vältida kirurgilist ravi ligikaudu 60% patsientidest (joon. 7 ja värv. Joon. 3); Sel eesmärgil töötati Nõukogude Liidus esmakordselt maailmas välja fundamentaalne laser-goniopunktuuri tehnika, kasutades moduleeritud impulss- (“külma”) L-i. Silmasisese rõhu vähendamiseks on võimalik ka tsiliaarkeha laserkoagulatsioon. silmasisese vedeliku tootmine. L. kasulik toime sarvkesta viirusprotsesside kulgemisele, eriti mõnele herpeetilise keratiidi vormile, mille ravi oli keeruline probleem, on tõestatud.

Uut tüüpi laseri tulekuga ja uute silmal kasutamise meetodite tulekuga laienevad pidevalt laserteraapia ja lasermikrokirurgia võimalused oftalmoloogias. Lasermeetodite võrdleva uudsuse tõttu vajab mitmete haiguste (diabeetilised silmakahjustused, võrkkesta põletikulised ja degeneratiivsed protsessid jne) ravi pikaajaliste tulemuste olemus täiendavat selgitamist.

Lisamaterjalidest

Laser glaukoomi ravis. Glaukoomi laserravi eesmärk (vt) on silmasisese rõhu normaliseerimine (vt). Laserkiirguse hüpotensiivse toime olemus ja mehhanism võivad varieeruda sõltuvalt glaukoomi vormist ja kasutatava laserallika omadustest. Suurim levik on oftalmoloogias. Praktikas saadi rubiinil ja ütrium-alumiiniumgranaadil põhinevad pidevlaine argoonlaserid ja impulsslaserallikad. Rubiinlaseri allikas on aktiivne keskkond rubiinikristall, mis on rikastatud kolmevalentsete kroomiioonidega (A1203:

Cr3+) ja ütrium-alumiiniumgranaadil põhinevas laserallikas -

ütriumalumiiniumgranaadi kristall, mis on aktiveeritud kolmevalentsete neodüümiioonidega (Y3A15012:

Sulgnurga glaukoomi korral luuakse laseriga haige silma vikerkesta läbiv auk (laser iridotoomia), mille tulemusena paraneb silmasisese vedeliku väljavool.

Laseriridotoomia näidustused on perioodiliselt korduvad ägedad suurenenud silmasisese rõhu rünnakud selle normaalse tasemega interiktaalsel perioodil, samuti silmasisese rõhu pidev tõus, kui silma eeskambri nurgas ei esine sünhehiaalseid muutusi; Kasutatakse kolme tüüpi laseriridotoomiat: kiht-kihiline, üheastmeline ja kombineeritud laseriridotoomia. Kõigi kolme lasersärituse meetodiga valitakse iirise perifeerse osa stroomas kõige õhem piirkond (vt.).

Kiht-kihiline laseriridotoomia viiakse läbi argoonlaseriga. Sel juhul rakendatakse impulsse järjestikku ühte punkti, mis viib iirise stroomas järk-järgult depressiooni ja seejärel läbiva augu tekkeni. Ravi ajal 1.-

4 seanssi. Samaaegse laseriridotoomia teostamiseks kasutatakse lühiimpulsslaserit. Kui iirise pinnale rakendatakse üks fokuseeritud laserimpulss, moodustub läbiv auk (vt Coloboma). Kombineeritud laseriridotoomia ühendab kiht-kihi ja üheastmelise iridotoomia elemente ning seda tehakse kahes etapis. Esimeses etapis koaguleeritakse iiris argoonlaserkiirguse abil eesmärgiga moodustada see järgmise 2-3 nädala jooksul. strooma atroofia ja hõrenemise piirkond. Teises etapis viiakse iirise üheimpulss perforatsioon läbi lühikese impulsi laserkiirguse abil.

Avatud nurga glaukoomi korral kasutatakse laserit kahjustatud drenaažisüsteemi läbilaskvuse taastamiseks; sel juhul kasutatakse lasergoniopunktuuri (trabekulaaridesse ja Schlemmowi kanali siseseinasse moodustuvad tehisavad) ja lasertrabekuloplastikat - trabeekulite või tsiliaarse (tsiliaarse) keha esiosa koagulatsiooni, mis põhjustab tsiliaarse (tsiliaarse) keha pinget. trabekulaarid ja trabekulaarsete ruumide laienemine. Laserravi on näidustatud medikamentoosse ravi ebaefektiivsuse või kasutatavate ravimite talumatuse korral haiguse progresseerumisel.

Lasergoniopunktsioonis kasutatakse laserallikana lühiimpulsslaserit. Ühes reas rakendatakse järjestikku 15-20 laserimpulssi, mis on fokuseeritud trabeekulite pinnale Schlemmi kanali projektsioonis; sekkumine viiakse läbi silma eesmise kambri nurga alumises pooles.

Lasertrabekuloplastikas kasutatakse laserallikana argoonlaserit. Kogu Schlemmi kanali ümbermõõdul rakendatakse 80–120 impulssi punktiirjoone kujul Schlemmi kanali ja Schwalbe eesmise piirava rõnga (vt Gonioskoopia) või kahe piiril. paralleelsed read piki tsiliaarkeha esiosa (laser trabeculo-spasis).

Glaukoomi laserravi tüsistused võivad hõlmata kerget verejooksu laserimpulsi poolt hävitatud vikerkesta veresoontest; pikaajaline loid iriit (vt Iridotsükliit) ilma ilmsete kiilude, ilminguteta, hilisemates staadiumides tasapinnalise tagumise sünheia moodustumisega; silmasisese rõhu reaktiivne tõus, mis areneb pärast mittetäielikku laseriridotoomiat; harvadel juhtudel täheldatakse sarvkesta endoteeli kahjustust (vt) laserkiirgusega, kui laserkiir ei ole selgelt fokuseeritud iirise pinnale. Vastavus vajalikule ennetavad meetmed(kokkupuutekoha õige valik ja meetodi õige tehniline rakendamine) muudab nende tüsistuste esinemissageduse minimaalseks.

Glaukoomi laserravi prognoos on soodne, eriti haiguse algstaadiumis: enamikul juhtudel täheldatakse silmasisese rõhu normaliseerumist ja visuaalsete funktsioonide stabiliseerumist.

Vaata ka glaukoom.

Laserfotokoagulatsioon diabeetilise retinopaatia ravis. Konservatiivsed diabeetilise retinopaatia ravimeetodid (vt) on ebaefektiivsed. Viimase kümnendi jooksul on selle haiguse ravis aktiivselt kasutatud lasereid. Isheemilise võrkkesta suurte alade laserfotokoagulatsioon viib selle hävitamiseni ja äsja moodustunud veresoonte kasvu peatamiseni.

Laserfotokoagulatsioon diabeetilise retinopaatiaga patsientidel on näidustatud, kui ilmnevad esimesed võrkkesta isheemia tunnused, mis tuvastatakse fluorestseiinangiograafia abil (vt: patool). läbilaskvad

võrkkesta kapillaaride sild; võrkkesta perfuseerimata piirkondade ilmumine, mis asuvad väljaspool makula piirkonda; neovaskularisatsiooni tunnused avastati esmakordselt nägemisnärvi peas ning piki kesksete arterite ja võrkkesta veeni peaharusid. Protsessi hilisemates etappides, mida iseloomustab väljendunud gliia proliferatsioon, on laserfotokoagulatsioon vastunäidustatud. Diabeetilise retinopaatia raviks on kõige levinum laseriallikas argoonlaseriga fotokoagulaator. Optimaalseks tehnikaks peetakse panretinaalset laserfotokoagulatsiooni, mille käigus koaguleeritakse suur võrkkesta pinna ala - keskosadest kuni ekvaatorini ja vajadusel äärmise perifeeriani. Ainult kollatähni piirkond koos papilloomikimbuga ja nägemisnärvi pea jäävad terveks. Nende impulsse rakendatakse intervallidega, mis on võrdsed poolega laserpunkti läbimõõdust. Normaalsed võrkkesta veresooned ei koaguleeru. Kui liigute silmapõhja keskpunktist perifeeriasse, suureneb laserkiire fookuspunkti läbimõõt. Panretinaalne fotokoagulatsioon viiakse läbi 3-4 seansina 2-7-päevaste intervallidega. Ühe silma laserkoagulatsioonide koguarv võib ulatuda 2000-2500-ni. Äsja moodustunud veresoontel on võimalik kasutada ka otsest koaguleerivat laserefekti – otsest fokaalset laserfotokoagulatsiooni. Äsja moodustunud veresoonte kimbud koaguleeritakse, rakendades neile suurt hulka impulsse, kuni verevool nendes täielikult peatub.

Panretinaalset ja fokaalset laserfotokoagulatsiooni kombineeritakse sageli.

Diabeetilise retinopaatia laserravi kõige sagedasem tüsistus (kuni 10% juhtudest) on verejooksud võrkkestas (vt) ja klaaskehas (vt) - osaline või täielik hemoftalmos (vt), mis raskendab diabeetilise retinopaatia kulgu, vähendab nägemist. teravust ja raskendab laserfotokoagulatsiooni edasist kasutamist. Võimalik võrkkesta kollatähni piirkonna reaktiivne turse või ägeda isheemia teke, klaaskeha kortsumine (selle liigse kuumenemise tõttu), mis põhjustab nägemisteravuse pöördumatut langust.

Laserfotokoagulatsiooni kirjeldatud tüsistuste ennetamine seisneb näidustustes ja meetodi tehnika hoolikas järgimises. Kui need tingimused on täidetud, viib laserfotokoagulatsioon püsiva paranemiseni enam kui pooltel diabeetilise retinopaatiaga patsientidest.

Vaata ka Diabeet mellitus.

Bibliograafia V. S. Primaarse glaukoomi ravi lasermeetodid, Vestn. oftalm., nr 6, lk. 19, 1982; Ako

Pyan V.S. ja Drozdova N.M. Laseriridektoomia terapeutiline ja ennetav väärtus primaarse nurkglaukoomi kliinikus, ibid., nr 1, lk. 10, 1977; need on, ühe impulsiga laseriridektoomia, ibid., nr 4 lk. 15, 1981; Krasnov M. M. Laser-silma mikrokirurgia, ibid., nr 1, lk. 3, 1973; Krasnov M. M. Eeskambri nurga laserpunktsioon glaukoomi korral, ibid., nr 3, lk. 27, 1972; o N e, Mikrokirurgia glaukoomi korral, M., 1980;

Krasnov M. M. et al. Primaarse avatud nurga glaukoomi ravi laseriga, Vestn. oftalm., nr 5, lk. 18, 1982; Bass M. S., Perkins E. S. a. Wheeler S. B. Katsetulemused impulssvärvilaseriga, Advanc. Oftal., v. 34, lk. 164, 1977; Bass M. S. a. o. Üksikravi laseriridotoomia, Brit, J. Ophthal., v. 63, lk. 29, 1979; Diabeetilise retinopaatia uuring. Kuues ja seitsmes aruanne diabeetilise retinopaatia uuringust,

Investeeri. Oftal. Vis. Sci., v. 21, N 1, pt 2, 1981; Diabeetilise retinopaatia uuringurühm, proliferatiivse diabeetilise retinopaatia fotokoagulatsiooniravi, oftalmoloogia, v. 85, lk. 82, 1978; The

diabeetilise retinopaatia uurimisrühm, esialgne aruanne fotokoagulatsiooniravi mõjude kohta, Amer. J. Ophthal., v. 81, lk. 383, 1976; Hager H. Besondere

mikrochirurgische Eingriffe, 2. Etst Er-fahrungen mitdem Argon-Laser-Gerat 800, Klin. MEIE. Augenheilk., Bd 162, S. 437, 1973; L'Esperance F. A. a. James W. A. ​​Diabeetiline retinopaatia, kliiniline hindamine ja juhtimine, St Louis, 1981; Perkins E. S. Laser iridotoomia, Brit. med. J., v. 1, lk. 580, 1970; Perkins E. S. a. Pruun N. W. A. ​​Iridotoomia rubiinlaseriga, Brit. J. Ophthal., v. 57, lk. 487, 1973; Wise J. B, Glaukoomi ravi trabekulaarse pingutamise teel argoonlaseriga, Int. oftalmoloogiline Clin., v. 21, lk. 69, 1981; w o r-

n D. M. a. Wickham M. G. Argooni lasertrabekulotoomia, Trans. Amer. Acad. Oftal. Otolaryng., v. 78, lk. 371,

1974. V. S. Akopjan.

Laserid hambaravis

Kiirituse kasutamise eksperimentaalseks ja teoreetiliseks põhjenduseks hambaravis oli kiirgusega kokkupuute mehhanismi omaduste uurimine. erinevat tüüpi L. hammastel (vt Hambad, kahjustused), lõualuudel ja suu limaskestal.

Hammaste ja lõualuude haiguste diagnoosimisel L. abil on radiograafiaga võrreldes olulisi eeliseid. L. kasutatakse transilluminatsiooniks (transilluminatsiooniks) painduvate klaaskiust valgusjuhtide abil, et tuvastada mikropragusid hambaemailis (sh hambakroonide proksimaalsetel raskesti ligipääsetavatel pindadel), subgingivaalset hambakivi ja määrata hambakivi seisukorda. hambapulp (hambad, mumifikatsioon, nekroos jne), piimahammaste juurte seisund, kroonide alged ja jäävhammaste juured lastel. Laservalgusallikaid kasutatakse fotopletüsmograafias (vt Pletüsmograafia) ning hambapulbi, parodondi ja lõualuude haiguste diagnoosimisel. Laserholograafiat tehakse kaasasündinud ja omandatud näo deformatsioonide diagnoosimiseks ja ravi efektiivsuse hindamiseks ning hambaravi, haiguste funktsionaalses diagnostikas, reogrammide, polarogrammide, fotopletüsmogrammide, müogrammide jm dešifreerimiseks ja analüüsimiseks.

Ärahoidmine esialgsed etapid hammaste kaariese ja mittekaariese kahjustused (erosioonid, kiilukujulised defektid jne) tehakse hambaemaili kahjustatud piirkondade "glasuurimisel" granaadi, süsinikdioksiidi ja muude laseritega, mis töötavad kiirguse Q-lülitusrežiimis (madal impulsi võimsus). ja kõrge pulsisagedus), mis võimaldab vältida kõrgete temperatuuride kahjulikku mõju hambapulbile, mikropragude teket emailis ja dentiinis. Samade laseritega keevitatakse täidiste ja hambaemaili vahelisi õmblusi, mis hoiab ära kaariese ägenemise ning ultraviolettlasereid kasutatakse sialantide (liimide) kõvendamiseks lastel närimishammaste lõhede katmisel.

Lõualuude sekkumiseks (luu lõikamine, fenestratsioon, kompaktosteotoomia, luuõmbluste paigaldamine lõualuu fragmentidele luumurdude korral, osteoplastika jne) kasutatakse granaati, süsihappegaasi ja muid lasereid Nende samade laserite abil õõnsuse ettevalmistamine ja erakorraline avamine tehakse pulpiidi korral, hambajuure tipu resektsioon parodontiidi korral, tsüstotoomia ja tsüstektoomia, ülalõua sinusotoomia, alveolotoomia, lõualuude resektsioon luu jaoks, nt adamantinoom, odontoomia jm. lõualuude kasvajad. Pehmete kudede operatsioonideks, sh huulte ja näonaha punase piiri plastiliseks kirurgiaks, süljenäärmehaiguste, hemangioomide ja muude näo-lõualuu piirkonna kasvajate kirurgiliseks raviks kasutatakse laser-skalpelli.

Hambaravis on kõige laialdasemalt kasutusel ülitõhusad heelium-neoon L. suu limaskesta põletikuliste haiguste (herpeetiline ja krooniline, korduv aftoosne stomatiit, huulte herpes, glossalgia, glossiit, planusamblik, eksudatiivne multiformne erüteem, Melkersson-Rosenthal) raviks. sündroom jne). periodontaalne haigus. Märgitakse, et laserkiirgusega kaasneb postoperatiivsete haavade, suu limaskesta ja näonaha põletuste, suuõõne troofiliste haavandite jne paranemise stimuleerimine.

Tüsistused. Laserkiirgus võib ebaõigel ja hooletul kasutamisel tekitada suurt kahju nii patsiendile kui ka meditsiinipersonalile – põhjustada verevalumeid veresoontest, põhjustada silmapõletust, nekroosi, luude, veresoonte, parenhüümiorganite, vere ja endokriinsete näärmete kahjustusi. Tüsistuste vältimine sõltub suuresti õigest ravitehnika tundmisest, patsientide valikust ja optimaalsest ravitehnikast.

Tööhügieen laseriga töötamisel

Laserseadmete tööga kaasnevate tootmistegurite hügieenilised omadused.

Kliinilised, hügieenilised ja eksperimentaalsed uuringud on näidanud, et laserkiirgus on üks bioloogiliselt aktiivseid füüsikalisi aineid. tegurid ja võivad olla inimestele ohtlikud. See asjaolu määrab vajaduse töötada välja töötervishoiu ja tööohutuse meetmed lasersüsteemidega töötamisel ning korraldada korraline ja ennetav hooldus. järelevalve nende rakendamise ja toimimise üle.

Bioli mehhanismis on pideva kiirgusega laserite toime esikohal termiline efekt. Impulsi lühenemisel ja kiirgusvõimsuse suurenemisel suureneb mehaanilise mõju olulisus. Eksperimentaalsed uuringud, mis puudutab toimemehhanismi, näitas, et biol, mõju sõltub kiirguse lainepikkusest, energiast, impulsi kestusest, impulsi kordussagedusest, kiirguse olemusest (otsene, peegeldunud või hajusalt peegeldunud), samuti anatoomilisest ja füsioloogilisest. kiiritatud objekti omadused.

Suhteliselt kõrge intensiivsusega laserkiirguse toimel koos morfooliga muutuvad kuded otse kiirituskohas, tekivad mitmesugused funktsioonid ja reflektoorse iseloomuga nihked. Samuti on kindlaks tehtud, et laserseadmeid teenindavatel isikutel tekivad madala intensiivsusega laserkiirgusega kokkupuutel funktsioonid ja muutused c. n. lk., kardiovaskulaarsed, endokriinsüsteemid, visuaalses analüsaatoris. Eksperimentaalsed andmed ja inimeste vaatlused näitavad, et funktsionaalsed muutused võivad olla väljendunud ja põhjustada terviseprobleeme. Seetõttu esine. tegevused peaksid arvestama mitte ainult laserenergia kahjuliku mõjuga, vaid lähtuma ka sellest, et see tegur on isegi madala intensiivsusega keha jaoks ebapiisav ärritaja. Nagu on näidanud I. R. Petrovi, A. I. Semenovi jt tööd, võib biol laserkiirguse mõju suureneda korduva kokkupuute korral ja kombineerituna teiste tootmiskeskkonna teguritega.

Meditsiinitöötajate otsekontakt L.-ga on perioodiline ja kestab 3 kuni 40 tundi. nädalas. Täiendava sooritamisel eksperimentaalne töö L.-ga töötamise aeg võib kahekordistuda. Laserite seadistamise ja reguleerimisega seotud insenerid ja tehnikud võivad otsese laserkiirgusega kokku puutuda. Arstid ja õed puutuvad kokku kudedelt peegelduva kiirgusega. Kiirgustasemed meditsiinitöötajate töökohtadel võivad olla 4*10 -4 -1*10 -5 W/cm 2 ja sõltuvad kiiritatud kudede peegelduvusest.

40-50 m väljundvõimsusega heelium-neoonlampide kasutamisel võib võimsusvoo tihedus personali töökohtadel olla 1,5 * 10 -4 -2,2 * 10 -4 W/cm 2 . Laseri väljundvõimsusel 10-25 m väheneb võimsusvoo tihedus 2-3 suurusjärku. Kuni 8-10 J impulsienergiaga neodüümlaserite abil teemantstantside tegemisel ja kellakividesse aukude löömisel on energiavoo tihedus töötajate silmade kõrgusel 3*10 -4 - 3*10 -5 J/cm. 2 ja 5* 10-5-2*10-6 j/cm2. Kui võimsate süsinikdioksiidi laserite abil lõigatakse teraslehti, lõigatakse kangast, nahka jne, võib töökohtadel tekkida difuusselt peegeldunud kiirguse kõrge energiatihedus.

Lisaks otsese, spekulaarselt või hajutatult peegeldunud laserkiirguse võimalikele kahjulikele mõjudele võib impulsspumplampide valgusenergia, mis ulatub mõnel juhul 20 kJ-ni, avaldada kahjulikku mõju töötajate nägemisfunktsioonile. Ksenoonlambi välgu heledus on u. 4*10 8 nt (cd/m 2) impulsi kestusega 1 - 90 ms. Kokkupuude pumbalampide kiirgusega on võimalik, kui need on varjestamata või ebapiisavalt varjestatud, Ch. arr. välklampide töörežiimi testimisel. Kõige ohtlikumad juhtumid on varjestamata lampide iseenesliku tühjenemise juhtumid, kuna sel juhul ei ole töötajatel aega kaitsemeetmete võtmiseks. Samal ajal on võimalik mitte ainult visuaalse kohanemise rikkumine, mis kestab mitu minutit, vaid ka silma erinevate osade orgaanilised kahjustused. Subjektiivselt tajutakse varjestamata lambi tühjenemist kui "väljakannatamatut pimestamist". Välklampide emissioonispekter sisaldab ka pikalainelisi UV-kiiri, mis võivad töötajaid mõjutada ainult avatud või ebapiisavalt varjestatud välklambiga töötamisel, põhjustades silma täiendava spetsiifilise reaktsiooni.

Tähelepanu tuleb pöörata ka mitmetele laseriga töötamisega seotud mittespetsiifilistele teguritele. Kuna laserkiirgus kujutab endast suurimat ohtu silmadele, tuleks erilist tähelepanu pöörata töökohtade ja ruumide valgustamisele. L.-ga töötamise iseloom nõuab reeglina suurt visuaalset pinget. Lisaks suureneb vähese valguse tingimustes biol laserkiirguse mõju võrkkestale, kuna sel juhul suureneb silma pupilli pindala ja võrkkesta tundlikkus märkimisväärselt. Kõik see tingib vajaduse luua L-ga töötamisel tööstusruumide piisavalt kõrge valgustuse tase.

Lasersüsteemide tööga võib kaasneda müra. Stabiilse 70–80 dB-ni ulatuva müra taustal tekivad heliimpulsid hüppamiste või klõpsude kujul laserkiire mõjul töödeldavale materjalile või kiirguse kestust piiravate mehaaniliste katikute töö tõttu. pulss. Tööpäeva jooksul võib hüppamiste või klikkide arv ulatuda sadade või isegi tuhandeteni ning helitugevus 100-120 dB. Impulsspumbalampide tühjenemisega ja võib-olla ka laserkiire ja töödeldava materjali (plasmapõleti) interaktsiooni protsessiga kaasneb osooni moodustumine, mille sisaldus võib olla väga erinev.

Laserkiirte üldise kokkupuute kliinilised ilmingud. Laseritega ohutute töötingimuste tagamise probleemis on nägemisorganil eriline koht. Silma läbipaistvad kandjad edastavad vabalt kiirgust optilisest piirkonnast, sealhulgas spektri nähtavast osast ja lähiinfrapuna piirkonnast (0,4-1,4 mikronit) ning fokusseerivad need silmapõhjale, mille tulemusena energiatihedus sellel suureneb mitu korda. Võrkkesta ja koroidi kahjustuse raskusaste sõltub kiirgusparameetritest. Patomorfooli ekspressiivsus. muutused ja kiilu, nägemisfunktsiooni häirete pilt võib olla erinev - väiksematest funktsionaalsetest muutustest, instrumentaalselt tuvastatud muutustest kuni täieliku nägemise kaotuseni. Kõige tavalisem vigastus on koorioretinaalne põletus. Patol, muutused silma eesmistes osades võivad tekkida laserkiirguse energia kõrgemal tasemel. Sellise patoloogia ilmnemine L. kasutamisel tehnoloogias ja meditsiinis on praktiliselt välistatud. Kuid laseri võimsuse suurenemise ja uute kiirgusvahemike (ultraviolett, infrapuna) väljatöötamise tõttu suureneb silma eesmiste osade kahjustamise tõenäosus.

Nahapõletused võivad tekkida kokkupuutel kõrge laserkiirguse energiaga, suurusjärgus mitu J/cm2. Olemasolevad andmed näitavad, et kui nahk puutub kokku madala intensiivsusega laserkiirgusega, tekivad organismis üldised funktsionaalsed ja biokeemilised muutused.

Kui silmad ja nahk puutuvad kogemata kokku suure tihedusega laserenergiaga, peab kannatanu koheselt pöörduma arsti poole, et tuvastada vigastus ja osutada arstiabi. Esmaabi põhimõtted on nendel juhtudel samad, mis teiste etioloogiatega silmade ja naha põletuste korral (vt Silmad, põletused; Põletused).

Ennetavad meetmed laserkiirte kahjustuste vastu

Kaitsev ja keikka. meetmed kiirguse ja muude kaasnevate tegurite kahjuliku mõju ärahoidmiseks peaksid hõlmama kollektiivseid meetmeid: organisatsioonilisi, inseneri- ja tehnilisi meetmeid. planeerimine, sanitaar- ja hügieeniline, samuti isikukaitsevahendid.

Enne laserpaigaldise tööle asumist on kohustuslik hinnata laserkiirguse (nii otsese kui ka peegeldunud) levimise peamisi ebasoodsaid tegureid ja tunnuseid. Instrumentaalmõõtmised (äärmisel juhul arvutuslikult) määravad kindlaks tõenäolised suunad ja piirkonnad, kus on võimalik organismile ohtlik kiirgustase (ületavad maksimaalset lubatud piiri).

Ohutute töötingimuste tagamiseks on lisaks kollektiivse tegevuse rangele järgimisele soovitatav kasutada isikukaitse- kaitseprillid, kilbid, spektriselektiivse läbipaistvusega maskid ja spetsiaalne kaitseriietus. Kodumaiste laserkiirguse eest kaitsvate prillide näide lainepikkusega 0,63–1,5 mikronit on sinakasrohelisest klaasist SZS-22, mis kaitsevad silmi rubiini- ja neodüümkiirguse eest, kui töötate võimsate laseritega Kätele asetatakse seemisnahast või nahast valmistatud kaitsekilbid ja maskid. Soovitatav on kanda erinevat värvi põllesid ja hommikumantleid. Kaitsevahendite valiku peavad igal konkreetsel juhul tegema kvalifitseeritud spetsialistid individuaalselt.

Laseritega töötavate inimeste meditsiiniline järelevalve. Lasersüsteemide hooldusega seotud tööd on kantud ohtlike töötingimustega tööde nimekirja ning töötajatele tehakse eel- ja perioodiline (kord aastas) tervisekontroll. Uuring eeldab silmaarsti, terapeudi ja neuroloogi osalemist. Nägemisorgani uurimisel kasutatakse pilulampi.

Lisaks arstlikule läbivaatusele tehakse hemoglobiini, punaste vereliblede, retikulotsüütide, trombotsüütide, leukotsüütide ja ROE määramiseks kiil ja vereanalüüs.

Bibliograafia: Aleksandrov M. T. Laserite rakendamine eksperimentaalses ja kliinilises hambaravis, Med. abstraktne. ajakiri, sek. 12 - Hambaravi, nr 1, lk. 7, 1978, bibliogr.; Gamaleya N. F. Laserid katses ja kliinikus, M., 1972, bibliogr.; Kavetsky R. E. et al. Laserid bioloogias ja meditsiinis, Kiiev, 1969; K o r y t n y D. L. Laserteraapia ja selle rakendamine hambaravis, Alma-Ata, 1979; Krasnov M. M. Silma mikrokirurgia laser, Vestn, oftalm., nr 1, lk. 3, 1973, bibliogr.; Lazarev I. R. Laserid onkoloogias, Kiiev, 1977, bibliogr.; Osipov G.I ja Pyatin M.M. Silma kahjustus laserkiirega, Vestn, oftalm., nr 1, lk. 50, 1978; P l e t n e S. D. et al., Gaaslaserid eksperimentaalses ja kliinilises onkoloogias, M., 1978; P r o-khonchukov A. A. Kvantelektroonika saavutused eksperimentaalses ja kliinilises hambaravis, Hambaravi, v. 56, nr 5, lk. 21, 1977, bibliogr.; Semenov A.I. Laserkiirguse mõju kehale ja ennetusmeetmed, Gig. töö- ja prof. zabolev., nr 8, lk. 1, 1976; Kvantelektroonika vahendid ja meetodid meditsiinis, toim. R.I. Utyamy-sheva, lk. 254, Saratov, 1976; Khromov B. M. Laserid eksperimentaalses kirurgias, L., 1973, bibliogr.; Khromov B.M. ja teised Kirurgiliste haiguste laserteraapia, Vestn, hir., nr 2, lk. 31, 1979; L’Esperance F. A. Silma fotokoagulatsioon, stereoskoopiline atlas, St Louis, 1975; Laserirakendused meditsiinis ja bioloogias, toim. autor M. L. Wolbarsht, v

V. A. Poljakov; V. I. Belkevitš (tehn.), N. F. Gamaleja (tea.), M. M. Krasnov (f.), Yu P. Paltsev (kontsert), A. A. Prokhon-chukov (stoomi) , V. I. Struchkov (kirurg).

Sõna LASER (Valguse võimendamine stimuleeritud emissiooniga) on inglise keelest tõlgitud kui Valguse võimendamine kiirgust stimuleerides. Laseri tegevust kirjeldas Einstein juba 1917. aastal, kuid esimese töötava laseri ehitas alles 43 aastat hiljem Hugres Aircraftis töötanud Theodor Maiman. Millisekundiliste laserkiirguse impulsside tootmiseks kasutas ta aktiivse keskkonnana kunstlikku rubiinkristalli. Selle laseri lainepikkus oli 694 nm. Mõne aja pärast prooviti laserit lainepikkusega 1060 nm, mis on spektri IR-lähedane piirkond. Selle laseri aktiivseks keskkonnaks olid neodüümiga legeeritud klaasvardad.

Kuid laseril polnud tol ajal praktilist kasu. Juhtivad füüsikud otsisid selle eesmärki erinevates inimtegevuse valdkondades. Esimesed eksperimentaalsed katsed laseritega meditsiinis ei olnud täiesti edukad. Nende lainete laserkiirgus neeldus üsna halvasti, võimsust ei olnud veel võimalik täpselt kontrollida. Kuid 60ndatel näitas punane rubiinlaser oftalmoloogias häid tulemusi.

Laserite kasutamise ajalugu meditsiinis

1964. aastal töötati välja ja testiti argooniioonlaserit. See oli pidevlaine laser sinakasrohelise spektriga ja lainepikkusega 488 nm. See on gaasilaser ja selle võimsust oli lihtsam juhtida. Hemoglobiin neelas oma kiirgust hästi. Mõne aja pärast hakkasid ilmuma argoonlaseril põhinevad lasersüsteemid, mis aitasid ravida võrkkesta haigusi.

Samal aastal 64 töötas Belli laboratoorium välja laseri, mis põhineb ütriumalumiiniumgranaadil, mis oli legeeritud neodüümiga () ja. CO2 on gaaslaser, mille kiirgus on pidev ja mille lainepikkus on 1060 nm. Vesi neelab oma kiirgust väga hästi. Ja kuna inimese pehmed koed koosnevad peamiselt veest, on CO2 laserist saanud hea alternatiiv tavapärasele skalpellile. Kasutades seda laserit kudede lõikamiseks, on verekaotus minimaalne. 70ndatel leidsid süsinikdioksiidi laserid laialdaselt kasutust Ameerika Ühendriikide institutsionaalsetes haiglates. Toonane laserskalpellide kasutusala: günekoloogia ja otolarüngoloogia.

1969. aastal töötati välja esimene impulssvärvilaser ja juba 1975. aastal esimene eksimer laser. Sellest ajast alates on laserit aktiivselt kasutatud ja tutvustatud erinevates tegevusvaldkondades.

Laserid hakkasid meditsiinis laialdaselt levima 80ndatel USA haiglates ja kliinikutes. Enamasti kasutati tol ajal süsihappegaas- ja argoonlasereid ning neid kasutati kirurgias ja oftalmoloogias. Tolleaegsete laserite üks miinus on see, et neil oli pidev pidev kiirgus, mis välistas täpsema töö tegemise võimaluse, mistõttu tekkisid töödeldud ala ümber olevad koed termiliselt. Toonane lasertehnoloogiate edukas kasutamine nõudis tohutut töökogemust.

Järgmine samm meditsiini lasertehnoloogiate väljatöötamisel oli impulsslaseri leiutamine. See laser võimaldas toimida ainult probleemsele alale, kahjustamata ümbritsevaid kudesid. Ja 80ndatel ilmusid esimesed. See tähistas laserite kasutamise algust kosmetoloogias. Sellised lasersüsteemid võivad eemaldada kapillaaride hemangioomid ja sünnimärgid. Veidi hiljem ilmusid võimekad laserid. Need olid Q-lülitusega laserid (Q-switched lser).

90ndate alguses töötati välja ja võeti kasutusele skaneerimistehnoloogiad. Lasertöötluse täpsust kontrollis nüüd arvuti ja sai võimalikuks teha laseriga naha taastamist (), mis suurendas oluliselt ja populaarsust.

Tänapäeval on laserite kasutusala meditsiinis väga lai. Need on kirurgia, oftalmoloogia, hambaravi, neurokirurgia, kosmetoloogia, uroloogia, günekoloogia, kardioloogia jne. Võite ette kujutada, et kunagi oli laser lihtsalt hea alternatiiv skalpellile, kuid tänapäeval saab sellega eemaldada vähirakke, teha väga täpseid operatsioone erinevatele organitele ning diagnoosida kõige varasemates staadiumides tõsiseid haigusi, näiteks vähki. Nüüd liiguvad lasertehnoloogiad meditsiinis kombineeritud ravimeetodite väljatöötamise suunas, mil koos laserraviga kasutatakse füsioteraapiat, ravimeid ja ultraheli. Näiteks mädahaiguste ravis on välja töötatud meetmete komplekt, mis hõlmab laserravi, antioksüdantide ja erinevate bioloogiliselt aktiivsete materjalide kasutamist.

Lasertehnoloogia ja meditsiin peavad tulevikus käima käsikäes. Isegi täna viimaseid arenguid lasermeditsiinis aitavad need eemaldada vähi kasvajad, kasutatakse keha korrigeerimisel kosmetoloogias ja nägemise korrigeerimisel oftalmoloogias. Minimaalselt invasiivne operatsioon, kui laseriga tehakse väga keerukaid operatsioone.

Sarnased materjalid!

IN kaasaegne meditsiin Kasutatakse paljusid teaduse ja tehnoloogia saavutusi. Need aitavad haigusi õigeaegselt diagnoosida ja aitavad kaasa nende edukale ravile. Arstid kasutavad oma töös aktiivselt laserkiirguse võimalusi. Olenevalt lainepikkusest võib sellel olla kehakudedele erinev mõju. Seetõttu on teadlased leiutanud palju meditsiinilisi multifunktsionaalseid seadmeid, mida kasutatakse laialdaselt kliinilises praktikas. Räägime laserite ja kiirguse kasutamisest meditsiinis veidi lähemalt.

Lasermeditsiin areneb kolmes põhivaldkonnas: kirurgia, teraapia ja diagnostika. Laserkiirguse mõju kudedele määrab emitteri kiirgusulatus, lainepikkus ja footoni energia. Üldiselt võib meditsiinis kõikvõimalikud laseriefektid kehale jagada kahte rühma

Madala intensiivsusega laserkiirgus;
- kõrge intensiivsusega laserkiirgus.

Kuidas mõjutab keha madala intensiivsusega laserkiirgus?

Sellise laseriga kokkupuude võib põhjustada muutusi keha biofüüsikalistes kudedes, samuti keemilised protsessid. Samuti toob selline ravi kaasa muutusi ainevahetuses (ainevahetusprotsessides) ja selle bioaktivatsiooni. Madala intensiivsusega laseri toime põhjustab närvikoes morfoloogilisi ja funktsionaalseid muutusi.

See toime stimuleerib ka südame-veresoonkonna süsteemi ja mikrotsirkulatsiooni.
Teine madala intensiivsusega laser suurendab naha raku- ja koeelementide bioloogilist aktiivsust, mis viib lihastes toimuvate intratsellulaarsete protsesside aktiveerumiseni. Selle kasutamine võimaldab käivitada redoksprotsesse.
Muuhulgas avaldab see mõjutusmeetod positiivset mõju keha üldisele stabiilsusele.

Milline raviefekt saavutatakse madala intensiivsusega laserkiirguse kasutamisel?

See ravimeetod aitab kõrvaldada põletikku, vähendada turset, kõrvaldada valu ja aktiveerida regenereerimisprotsesse. Lisaks stimuleerib see füsioloogilisi funktsioone ja immuunvastust.

Millistel juhtudel võivad arstid kasutada madala intensiivsusega laserkiirgust?

See kokkupuutemeetod on näidustatud patsientidele, kellel on erineva lokaliseerimisega ägedad ja kroonilised põletikulised protsessid, pehmete kudede vigastused, põletused, külmakahjustused ja nahahaigused. Seda on mõttekas kasutada perifeerse närvisüsteemi vaevuste, luu- ja lihaskonna haiguste ning paljude südame- ja veresoonkonnahaiguste puhul.

Madala intensiivsusega laserkiirgust kasutatakse ka hingamisteede, seedetrakti, urogenitaalsüsteemi, kõrva-nina-kurguhaiguste ja immuunseisundi häirete ravis.

Seda ravimeetodit kasutatakse laialdaselt hambaravis: suu limaskesta vaevuste, periodontaalsete haiguste ja TMJ (temporomandibulaarliigese) korrigeerimiseks.

Lisaks ravib see laser mittekaariese kahjustusi, mis on tekkinud hammaste kõvades kudedes, kaariest, pulpiiti ja parodontiiti, näovalusid, põletikulisi kahjustusi ja näo-lõualuu piirkonna vigastusi.

Kõrge intensiivsusega laserkiirguse rakendamine meditsiinis

Kõrge intensiivsusega laserkiirgust kasutatakse kõige sagedamini kirurgias ja erinevates valdkondades. Lõppude lõpuks aitab suure intensiivsusega laserkiirguse mõju kudesid lõigata (toimib nagu laserskalpell). Mõnikord kasutatakse seda antiseptilise toime saavutamiseks, koagulatsioonikile moodustamiseks ja agressiivsete mõjude eest kaitsva barjääri moodustamiseks. Lisaks saab sellist laserit kasutada metallproteeside ja erinevate ortodontiliste seadmete keevitamiseks.

Kuidas mõjutab keha kõrge intensiivsusega laserkiirgus?

See kokkupuutemeetod põhjustab kudede termilisi põletusi või põhjustab nende koagulatsiooni. See põhjustab kahjustatud piirkondade aurustumist, põlemist või söestumist.

Kui kasutatakse suure intensiivsusega laservalgust

Seda keha mõjutamise meetodit kasutatakse laialdaselt mitmesuguste kirurgiliste sekkumiste läbiviimisel uroloogia, günekoloogia, oftalmoloogia, otolarüngoloogia, ortopeedia, neurokirurgia jne valdkonnas.

Samal ajal on laserkirurgial palju eeliseid:

praktiliselt vereta operatsioonid;
- maksimaalne aseptilisus (steriilsus);
- minimaalsed operatsioonijärgsed tüsistused;
- minimaalne mõju naaberkudedele;
- lühike operatsioonijärgne periood;
- kõrge täpsus;
- armide tekke tõenäosuse vähendamine.

Laser diagnostika

See diagnostikameetod on progresseeruv ja arenev. See võimaldab teil varajases arengujärgus tuvastada paljusid tõsiseid haigusi. On tõendeid selle kohta, et laserdiagnostika aitab avastada naha-, luukoe- ja siseorganite vähki. Seda kasutatakse oftalmoloogias katarakti tuvastamiseks ja selle staadiumi määramiseks. Lisaks praktiseerivad seda uurimismeetodit hematoloogid – selleks, et uurida kvalitatiivseid ja kvantitatiivsed muutused vererakud.

Laser määrab tõhusalt tervete ja patoloogiliste kudede piirid, seda saab kasutada koos endoskoopiliste seadmetega.

Kiirituse kasutamine teistes ravimites

Arstid kasutavad laialdaselt erinevat tüüpi kiirgust erinevate seisundite ravis, diagnoosimisel ja ennetamisel. Kiirguse kasutamise kohta lisateabe saamiseks järgige lihtsalt huvipakkuvaid linke:

Röntgenikiirgus meditsiinis
- raadiolained
- termilised ja ioniseerivad kiired
- ultraviolettkiirgus meditsiinis
- infrapunakiirgus meditsiinis

SISSEJUHATUS

Peamised instrumendid, mida kirurg kudede dissektsiooniks kasutab, on skalpell ja käärid, st lõikeriistad. Skalpelli ja kääridega tehtud haavade ja sisselõigetega kaasneb aga verejooks, mis nõuab spetsiaalsete hemostaasi meetmete kasutamist. Lisaks võivad lõikeriistad kudedega kokkupuutel mikrofloorat ja pahaloomulisi kasvajarakke levitada piki lõikejoont. Sellega seoses on kirurgid juba pikka aega unistanud, et nende käsutuses oleks instrument, mis teeks veretu lõike, hävitades samal ajal patogeenset mikrofloorat ja kasvajarakke operatsioonihaavas. Sekkumised „kuival kirurgiaväljal“ sobivad ideaalselt iga profiiliga kirurgidele.

“Ideaalse” skalpelli loomise katsed pärinevad eelmise sajandi lõpust, mil konstrueeriti nn elektrinuga, mis töötab kõrgsagedusvoolude abil. Seda seadet, täiustatud versioonides, kasutavad praegu üsna laialdaselt erinevate erialade kirurgid. Kogemuste kogunedes on aga tuvastatud "elektrokirurgia" negatiivsed küljed, millest peamine on liiga suur termilise koe põletuse tsoon sisselõike piirkonnas. On teada, et mida laiem on põletusala, seda halvemini paraneb operatsioonihaav. Lisaks on elektrinoa kasutamisel vaja kaasata patsiendi keha elektriahel. Elektrokirurgilised seadmed mõjutavad negatiivselt elektroonikaseadmete ja keha elutähtsate funktsioonide jälgimise seadmete tööd operatsiooni ajal. Krüokirurgilised masinad põhjustavad ka olulisi koekahjustusi, halvendades paranemisprotsessi. Kudede dissektsiooni kiirus krüoskalpelliga on väga väike. Tegelikult ei hõlma see dissektsiooni, vaid kudede hävitamist. Plasmaskalpelli kasutamisel täheldatakse ka märkimisväärset põletusala. Kui võtta arvesse, et laserkiirel on väljendunud hemostaatilised omadused, samuti võime tihendada bronhioole, sapijuhasid ja pankrease kanaleid, muutub lasertehnoloogia kasutamine kirurgias äärmiselt paljutõotavaks. Lühidalt on loetletud mõned laserite kirurgias kasutamise eelised, mis puudutavad peamiselt süsinikdioksiidi lasereid (CO 2 laserid). Lisaks neile kasutatakse meditsiinis lasereid, mis töötavad muudel põhimõtetel ja muudel töötavatel ainetel. Nendel laseritel on bioloogiliste kudede mõjutamisel põhimõtteliselt erinevad omadused ja neid kasutatakse suhteliselt kitsastes näidustustes, eriti südame-veresoonkonna kirurgias, onkoloogias, naha ja nähtavate limaskestade kirurgiliste haiguste ravis jne.

LASERID JA NENDE KASUTAMINE MEDITSIINIS

Vaatamata valguse ja raadiolainete ühisele olemusele arenesid optika ja raadioelektroonika aastaid iseseisvalt, üksteisest sõltumatult. Tundus, et valgusallikatel – ergastatud osakestel ja raadiolainete generaatoritel – oli vähe ühist. Alles 20. sajandi keskel ilmus töö molekulaarvõimendite ja raadiolainete generaatorite loomisel, mis tähistas uue iseseisva füüsikavaldkonna – kvantelektroonika – algust.

Kvantelektroonika uurib võimendus- ja genereerimistehnikaid elektromagnetilised vibratsioonid kvantsüsteemide stimuleeritud emissiooni kasutamine. Selle teadmiste valdkonna edusamme kasutatakse teaduses ja tehnoloogias üha enam. Tutvume mõne kvantelektroonika aluseks oleva nähtusega ja optiliste kvantgeneraatorite – laserite – tööga.

Laserid on valgusallikad, mis töötavad footonite sunnitud (stimuleeritud, indutseeritud) emissiooni protsessil ergastatud aatomite või molekulide poolt sama sagedusega footonite kiirguse mõjul. Selle protsessi eripäraks on see, et stimuleeritud emissiooni käigus tekkiv footon on sageduse, faasi, suuna ja polarisatsiooni poolest identne selle põhjustanud välise footoniga. See määrab ainulaadsed omadused kvantgeneraatorid: kiirguse kõrge koherentsus ruumis ja ajas, kõrge monokromaatilisus, kiirguskiire kitsas suunavus, tohutu võimsusvoo kontsentratsioon ja võime keskenduda väga väikestele mahtudele. Lasereid luuakse erinevate aktiivsete ainete baasil: gaasilised, vedelad või tahked. Need võivad tekitada kiirgust väga laias lainepikkuste vahemikus – 100 nm (ultraviolettvalgus) kuni 1,2 mikronini (infrapunakiirgus) – ning võivad töötada nii pidevas kui ka impulssrežiimis.

Laser koosneb kolmest põhimõtteliselt olulisest komponendist: emitterist, pumbasüsteemist ja toiteallikast, mille töö tagatakse spetsiaalsete abiseadmete abil.

Emitter on ette nähtud pumba energia muundamiseks (heeliumi-neooni segu 3 aktiivsesse olekusse viimiseks) laserkiirguseks ja sisaldab optilist resonaatorit, mis on tavaliselt hoolikalt valmistatud peegeldavate, murduvate ja fokusseerivate elementide süsteem, siseruumis. mis teatud tüüpi elektromagnetlaineid ergastab ja säilitab optilise ulatuse kõikumisi. Optilisel resonaatoril peavad olema minimaalsed kaod spektri tööosas, suur täpsus komponentide valmistamisel ja nende vastastikune paigaldus.

Laserite loomine osutus võimalikuks kolme fundamentaalse füüsikalise idee elluviimise tulemusena: stimuleeritud emissioon, aatomienergia tasemete termodünaamiliselt mittetasakaalu pöördpopulatsiooni loomine ja positiivse tagasiside kasutamine.

Ergastatud molekulid (aatomid) on võimelised kiirgama luminestsentsfootoneid. Selline kiirgus on spontaanne protsess. See on juhuslik ja kaootiline nii ajas, sageduses (võib esineda üleminekuid erinevate tasandite vahel), levimissuunas ja polarisatsioonis. Teine kiirgus – sunnitud või indutseeritud – tekib siis, kui footon interakteerub ergastatud molekuliga, kui footoni energia on võrdne vastavate energiatasemete erinevusega. Sunnitud (indutseeritud) emissiooni korral sõltub sekundis sooritatavate üleminekute arv sama aja jooksul ainesse sisenevate footonite arvust, st valguse intensiivsusest, samuti ergastatud molekulide arvust. Teisisõnu, mida suurem on vastavate ergastatud energiaolekute populatsioon, seda suurem on sunnitud üleminekute arv.

Indutseeritud kiirgus on igas mõttes identne langeva kiirgusega, ka faasiliselt, seega saame rääkida elektromagnetlaine koherentsest võimendusest, mida kasutatakse lasergenereerimise põhimõtetes esimese fundamentaalse ideena.

Teine idee, mida rakendatakse laserite loomisel, on luua termodünaamiliselt mittetasakaalu süsteeme, milles vastupidiselt Boltzmanni seadusele kõrge tase osakesi on rohkem kui alumisel. Keskkonna seisundit, milles vähemalt kahe energiataseme puhul selgub, et suurema energiaga osakeste arv ületab madalama energiaga osakeste arvu, nimetatakse ümberpööratud tasemete populatsiooniga olekuks ja keskkonda nimetatakse aktiivseks. Laseri tööaine on aktiivne keskkond, milles footonid interakteeruvad ergastatud aatomitega, põhjustades nende sunnitud üleminekuid madalamale tasemele koos indutseeritud (stimuleeritud) kiirguse kvantide emissiooniga. Taseme pöördpopulatsiooniga olek saadakse formaalselt T Boltzmanni jaotusest< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Populatsiooni inversiooni oleku saab luua, valides väiksema energiaga osakesi või ergutades neid spetsiaalselt näiteks valguse või elektrilahendusega. Iseenesest negatiivse temperatuuri olekut ei eksisteeri pikka aega.

Kolmas lasergenereerimise põhimõtetes kasutatav idee sai alguse radiofüüsikast ja on positiivse tagasiside kasutamine. Selle rakendamise ajal jääb osa tekitatud stimuleeritud emissioonist tööaine sisse ja põhjustab stimuleeritud emissiooni üha rohkemate ergastatud aatomite poolt. Sellise protsessi elluviimiseks asetatakse aktiivne keskkond optilisse resonaatorisse, mis koosneb tavaliselt kahest peeglist, mis on valitud nii, et selles tekkiv kiirgus läbib korduvalt aktiivkeskkonda, muutes selle koherentse stimuleeritud kiirguse generaatoriks.

Esimese sellise mikrolaineahi generaatori (maser) konstrueerisid 1955. aastal iseseisvalt Nõukogude teadlased N. G. Basoi ja A. M. Prokhorov ning Ameerika teadlased - C. Townes jt ​​Kuna selle seadme töö põhines stimuleeritud emissiooni ammoniaagi molekulidel, generaator nimetati molekulaarseks.

1960. aastal loodi esimene nähtava kiirguse kvantgeneraator - laser, mille tööainena (aktiivne keskkond) oli rubiinkristall. Samal aastal loodi heelium-neoongaaslaser. Praegu loodud laserite tohutut valikut saab liigitada tööaine tüübi järgi: eristatakse gaasi-, vedel-, pooljuht- ja tahkislasereid. Sõltuvalt laseri tüübist tarnitakse populatsiooni inversiooni tekitamiseks vajalikku energiat erineval viisil: ergastus väga intensiivse valgusega - "optiline pumpamine", elektriline gaaslahendus ja pooljuhtlaserites - elektrivool. Hõõguvuse olemuse järgi jagunevad laserid impulss- ja pidevateks.

Vaatleme tahkisrubiinlaseri tööpõhimõtet. Rubiin on alumiiniumoksiidi Al 2 0 3 kristall, mis sisaldab lisandina ligikaudu 0,05% kroomioone Cr 3+. Kroomiioonide ergastamine toimub optilise pumpamise teel, kasutades suure võimsusega impulssvalgusallikaid. Ühes konstruktsioonis on kasutatud elliptilise ristlõikega torukujulist reflektorit. Reflektori sees on otsene ksenoonvälklamp ja rubiinvarras, mis paiknevad piki ellipsi fookusi läbivaid jooni (joonis 1). Alumiiniumreflektori sisepind on poleeritud või hõbetatud. Elliptilise reflektori põhiomadus seisneb selles, et ühest fookusest (ksenoonlamp) väljuv ja seintelt peegelduv valgus siseneb reflektori teise fookusesse (rubiinvarras).

Rubiinlaser töötab kolmetasandilise skeemi järgi (joonis 2 a). Optilise pumpamise tulemusena liiguvad kroomiioonid maapinnast 1 lühiajalise ergastuse olekusse 3. Seejärel toimub mittekiirguslik üleminek pikaealiseks (metastabiilseks) olekuks 2, millest tekib spontaanse kiirguse tõenäosus. üleminek on suhteliselt väike. Seetõttu toimub ergastatud ioonide kuhjumine olekus 2 ja tasandite 1 ja 2 vahel tekib pöördpopulatsioon. Normaalsetes tingimustes toimub üleminek 2. tasemelt 1. tasemele spontaanselt ja sellega kaasneb luminestsents lainepikkusega 694,3 nm. Laseriõõnes on kaks peeglit (vt joonis 1), millest ühel on peegeldunud ja peeglile langeva valguse intensiivsuse peegeldustegur R, teine ​​peegel on poolläbipaistev ja edastab osa sellele langevast kiirgusest ( R< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

Koos kolmetasandilise skeemi järgi töötava rubiinlaseriga on levinud kristalli- või klaasmaatriksisse põimitud haruldaste muldmetallide (neodüüm, samarium jne) ioonidel põhinevad neljatasandilised laserskeemid (joonis 24). , b). Sellistel juhtudel luuakse rahvastiku inversioon kahe ergastatud taseme vahel: pikaealine tase 2 ja lühiajaline tase 2.

Väga levinud gaasilaser on heelium-neoonlaser, mida ergastatakse elektrilahendusega. Selles sisalduv aktiivne keskkond on heeliumi ja neooni segu vahekorras 10:1 ja rõhk umbes 150 Pa. Neoonaatomid kiirgavad, heeliumi aatomid mängivad toetavat rolli. Joonisel fig. 24, c näitab heeliumi ja neooni aatomite energiataset. Tekkimine toimub neooni 3. ja 2. taseme üleminekul. Et tekitada nende vahel pöördpopulatsioon, on vaja asustada tase 3 ja tühjaks tase 2. 3. taseme populatsioon tekib heeliumi aatomite abil. Elektrilahenduse korral elektrooniline šokk Heeliumi aatomid ergastatakse pikaealiseks (eluiga umbes 10 3 s). Selle oleku energia on väga lähedane neooni 3. taseme energiale, mistõttu ergastatud heeliumi aatomi põrkumisel ergastamata neoonaatomiga toimub energia ülekandmine, mille tulemusena asustatud neooni 3. tase. Puhta neooni puhul on eluiga sellel tasemel lühike ja aatomid liiguvad tasemele 1 või 2 ning Boltzmanni jaotus realiseerub. Neooni 2. taseme ammendumine toimub peamiselt selle aatomite spontaanse ülemineku tõttu põhiolekusse pärast kokkupõrget väljalasketoru seintega. See tagab neooni 2. ja 3. taseme statsionaarse pöördpopulatsiooni.

Heelium-neoonlaseri (joonis 3) põhiliseks konstruktsioonielemendiks on umbes 7 mm läbimõõduga gaaslahendustoru. Gaasilahenduse tekitamiseks ja heeliumi ergastamiseks on torusse sisse ehitatud elektroodid. Brewsteri nurga all oleva toru otstes on aknad, mille tõttu on kiirgus tasapinnaline. Tasapinnalised paralleelsed resonaatorpeeglid on paigaldatud torust väljapoole, üks neist on poolläbipaistev (peegeldustegur R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Resonaatorpeeglid on valmistatud mitmekihiliste katetega ning häirete tõttu tekib vajalik peegelduskoefitsient antud pikkus lained. Kõige sagedamini kasutatavad laserid on heelium-neoonlaserid, mis kiirgavad punast valgust lainepikkusega 632,8 nm. Selliste laserite võimsus on väike, see ei ületa 100 mW.

Laserite kasutamisel lähtutakse nende kiirguse omadustest: kõrge monokromaatilisus (~ 0,01 nm), piisavalt suur võimsus, kiire kitsus ja koherentsus.

Valguskiire kitsus ja selle väike divergents võimaldas laserite abil mõõta Maa ja Kuu vahemaad (saadud täpsus on umbes kümneid sentimeetreid), Veenuse ja Merkuuri pöörlemiskiirust jne.

Nende kasutamine holograafias põhineb laserkiirguse koherentsusel. .Põhineb heelium-neoonlaseriga kasutades fiiberoptika on välja töötatud gastroskoobid, mis võimaldavad holograafiliselt moodustada kolmemõõtmelise kujutise mao sisemisest õõnsusest.

Laserkiirguse monokromaatiline olemus on aatomite ja molekulide põnevate Ramani spektrite jaoks väga mugav.

Lasereid kasutatakse laialdaselt kirurgias, hambaravis, oftalmoloogias, dermatoloogias ja onkoloogias. Laserkiirguse bioloogilised mõjud sõltuvad nii bioloogilise materjali omadustest kui ka laserkiirguse omadustest.

Kõik meditsiinis kasutatavad laserid jagunevad tinglikult 2 tüüpi: madala intensiivsusega (intensiivsus ei ületa 10 W/cm2, kõige sagedamini umbes 0,1 W/cm2) - terapeutilised ja kõrge intensiivsusega - kirurgilised. Kõige võimsamate laserite intensiivsus võib ulatuda 10 14 W/cm 2 -ni, tavaliselt kasutatakse lasereid intensiivsusega 10 2 - 10 6 W/cm 2;

Madala intensiivsusega laserid on sellised, mis ei avalda kiiritamise ajal kudedele märgatavat hävitavat mõju. Spektri nähtavas ja ultraviolettpiirkonnas on nende mõju põhjustatud fotokeemilistest reaktsioonidest ega erine tavapärastest ebajärjekindlatest allikatest saadud monokromaatilise valguse mõjudest. Sellistel juhtudel on laserid lihtsalt mugavad monokromaatilised valgusallikad, mis tagavad särituse täpse lokaliseerimise ja doseerimise. Näited hõlmavad valguse kasutamist heelium-neoon laserid troofiliste haavandite, südame isheemiatõve jms raviks, samuti krüptoon ja teised laserid kasvajate fotokeemiliste kahjustuste korral fotodünaamilises teraapias.

Kõrge intensiivsusega laserite nähtava või ultraviolettkiirguse kasutamisel täheldatakse kvalitatiivselt uusi nähtusi. Laboratoorsetes fotokeemilistes katsetes tavapäraste valgusallikatega, aga ka looduses päikesevalguse mõjul toimub tavaliselt ühefotoni neeldumine. See on kirjas Starki ja Einsteini sõnastatud fotokeemia teises seaduses: iga valguse mõjul keemilises reaktsioonis osalev molekul neelab ühe kiirguskvanti, mis reaktsiooni põhjustab. Teise seadusega kirjeldatud neeldumise ühefootoniline olemus on täidetud, kuna tavalise valguse intensiivsusega on praktiliselt võimatu, et kaks footoni samaaegselt siseneksid põhiolekus olevasse molekuli. Kui selline sündmus peaks aset leidma, oleks väljend järgmine:

2hv = E t - E k ,

mis tähendaks kahe footoni energia liitmist molekuli energiaolekust E k energiaga olekusse E g Samuti ei toimu footonite neeldumist elektrooniliselt ergastatud molekulide poolt, kuna nende eluiga on lühike ning tavaliselt kasutatavad kiirituse intensiivsused on väikesed. Seetõttu on elektrooniliselt ergastatud molekulide kontsentratsioon madal ja nende teise footoni neeldumine on äärmiselt ebatõenäoline.

Kui aga valguse intensiivsust suurendada, saab võimalikuks kahe footoni neeldumine. Näiteks DNA lahuste kiiritamine suure intensiivsusega impulss-laserkiirgusega, mille lainepikkus on umbes 266 nm, viis DNA molekulide ioniseerumiseni, mis on sarnane y-kiirguse põhjustatud ionisatsiooniga. Kokkupuude madala intensiivsusega ultraviolettkiirgusega ei põhjustanud ionisatsiooni. Tehti kindlaks, et nukleiinhapete või nende aluste vesilahuste kiiritamine pikosekundiliste (impulsi kestus 30 ps) või nanosekundiliste (10 ns) impulssidega intensiivsusega üle 10 6 W/cm 2 viis elektronüleminekuteni, mille tulemuseks on molekulide ionisatsioon. Pikosekundiliste impulssidega (joonis 4, a) tekkis kõrgete elektrooniliste tasemete populatsioon vastavalt skeemile (S 0 --> S1 --> S n) ja hv hv nanosekundiliste impulssidega (joonis 4, b) - skeemi järgi (S 0 --> S1 -> T g -> T p). Mõlemal juhul said molekulid energiat, mis ületas ionisatsioonienergiat.

DNA neeldumisriba asub spektri ultraviolettpiirkonnas at< 315 нм, nähtav valgus nukleiinhapped ei imendu üldse. Kuid kokkupuude suure intensiivsusega laserkiirgusega umbes 532 nm muudab DNA kahe footoni energia liitmise tõttu elektrooniliselt ergastatud olekusse (joonis 5).

Mis tahes kiirguse neeldumine toob kaasa teatud koguse energia vabanemise soojuse kujul, mis hajub ergastatud molekulidest ümbritsevasse ruumi. Infrapunakiirgus neeldub peamiselt vees ja põhjustab peamiselt termilisi mõjusid. Seetõttu põhjustab suure intensiivsusega infrapunalaserite kiirgus kudedele märgatava kohese termilise efekti. Laserkiirguse termilise efektina meditsiinis mõistetakse peamiselt bioloogiliste kudede aurustumist (lõikamist) ja koagulatsiooni. See kehtib erinevate laserite kohta, mille intensiivsus on 1 kuni 10 7 W/cm 2 ja mille kiiritamise kestus on millisekunditest mitme sekundini. Nende hulka kuuluvad näiteks CO 2 gaaslaser (lainepikkusega 10,6 μm), Nd:YAG laser (1,064 μm) jt. Nd:YAG laser on kõige laialdasemalt kasutatav neljatasandiline tahkislaser. Genereerimine toimub neodüümioonide (Nd 3+) üleminekutel, mis on viidud Y 3 Al 5 0 12 ütriumalumiiniumgranaadi (YAG) kristallidesse.

Koos koe kuumutamisega eemaldatakse soojusjuhtivuse ja verevoolu tõttu osa soojusest. Temperatuuril alla 40 °C pöördumatuid kahjustusi ei täheldata. Temperatuuril 60 °C algab valkude denaturatsioon, kudede koagulatsioon ja nekroos. Temperatuuril 100-150 °C tekib dehüdratsioon ja söestumine ning temperatuuril üle 300 °C kude aurustub.

Kui kiirgus tuleb suure intensiivsusega fokuseeritud laserist, on tekkiv soojushulk suur, tekitades koes temperatuurigradiendi. Kohas, kus kiir tabab, kude aurustub ning külgnevatel aladel toimub söestumine ja koagulatsioon (joonis 6). Fotoaurustamine on koe kihthaaval eemaldamise või lõikamise meetod. Koagulatsiooni tulemusena on veresooned suletud ja verejooks peatub. Seega kasutatakse bioloogiliste kudede lõikamiseks kirurgilise skalpellina pideva CO 2 laseri () fokuseeritud kiirt, mille võimsus on umbes 2 * 10 3 W/cm 2.

Kui vähendate kokkupuute kestust (10–10 s) ja suurendate intensiivsust (üle 10 6 W/cm 2), muutuvad söestumis- ja koagulatsioonitsoonide suurused tühiseks. Seda protsessi nimetatakse fotoablatsiooniks (fotoeemaldamiseks) ja seda kasutatakse koe eemaldamiseks kihtide kaupa. Fotoablatsioon toimub energiatiheduse 0,01-100 J/cm 2 juures.

Intensiivsuse edasise suurenemisega (10 W/cm ja rohkem) on võimalik veel üks protsess – “optiline rike”. See nähtus seisneb selles, et laserkiirguse väga suure elektriväljatugevuse tõttu (võrreldes aatomisiseste elektriväljade tugevusega) aine ioniseerub, tekib plasma ja tekivad mehaanilised lööklained. Optiline lagunemine ei nõua valguskvantide neeldumist aine poolt tavalises tähenduses, seda täheldatakse läbipaistvas keskkonnas, näiteks õhus.

Laserkiirgus meditsiinis on optilise ulatusega sunnitud või stimuleeritud laine pikkusega 10 nm kuni 1000 mikronit (1 mikron = 1000 nm).

Laserkiirgusel on:
- koherentsus – mitme sama sagedusega laineprotsessi koordineeritud toimumine ajas;
- monokromaatiline - üks lainepikkus;
- polarisatsioon - laine elektromagnetvälja tugevuse vektori korrapärane orientatsioon selle levimisega risti olevas tasapinnas.

Laserkiirguse füüsikalised ja füsioloogilised mõjud

Laserkiirgusel (LR) on fotobioloogiline aktiivsus. Kudede biofüüsikalised ja biokeemilised reaktsioonid laserkiirgusele on erinevad ja sõltuvad kiirguse ulatusest, lainepikkusest ja footoni energiast:

IR-kiirgus (1000 µm - 760 nm, footoni energia 1-1,5 EV) tungib 40-70 mm sügavusele, põhjustades võnkeprotsessid- termiline efekt;
- nähtav kiirgus (760-400 nm, footoni energia 2,0-3,1 EV) tungib 0,5-25 mm sügavusele, põhjustab molekulide dissotsiatsiooni ja fotokeemiliste reaktsioonide aktiveerumist;
- UV-kiirgus (300-100 nm, footoni energia 3,2-12,4 EV) tungib 0,1-0,2 mm sügavusele, põhjustab molekulide dissotsiatsiooni ja ionisatsiooni - fotokeemiline efekt.

Madala intensiivsusega laserkiirguse (LILR) füsioloogiline toime avaldub närvi- ja humoraalsete radade kaudu:

Muutused biofüüsikalistes ja keemilistes protsessides kudedes;
- muutused ainevahetusprotsessides;
- ainevahetuse muutus (bioaktivatsioon);
- morfoloogilised ja funktsionaalsed muutused närvikoes;
- südame-veresoonkonna süsteemi stimuleerimine;
- mikrotsirkulatsiooni stimuleerimine;
- suurendab naha raku- ja koeelementide bioloogilist aktiivsust, aktiveerib rakusiseseid protsesse lihastes, redoksprotsesse ja müofibrillide moodustumist;
- tõstab organismi vastupanuvõimet.

Suure intensiivsusega laserkiirgus (10,6 ja 9,6 µm) põhjustab:

Kudede termiline põletus;
- bioloogiliste kudede koagulatsioon;
- söestumine, põlemine, aurustumine.

Madala intensiivsusega laseri (LILI) terapeutiline toime

Põletikuvastane, kudede turset vähendav;
- valuvaigisti;
- reparatiivsete protsesside stimuleerimine;
- refleksogeenne toime - füsioloogiliste funktsioonide stimuleerimine;
- üldistatud toime - immuunvastuse stimuleerimine.

Kõrge intensiivsusega laserkiirguse terapeutiline toime

Antiseptiline toime, koagulatsioonikile moodustumine, kaitsebarjäär toksiliste ainete eest;
- kangaste lõikamine (laserskalpell);
- metallproteeside, ortodontiliste seadmete keevitamine.

LILI näidustused

Ägedad ja kroonilised põletikulised protsessid;
- pehmete kudede vigastus;
- põletused ja külmakahjustused;
- nahahaigused;
- perifeerse närvisüsteemi haigused;
- luu- ja lihaskonna haigused;
- südame-veresoonkonna haigused;
- hingamisteede haigused;
- seedetrakti haigused;
- urogenitaalsüsteemi haigused;
- kõrva-, nina- ja kurguhaigused;
- immuunseisundi häired.

Laserkiirguse näidustused hambaravis

Suu limaskesta haigused;
- periodontaalsed haigused;
- kõvade hambakudede mittekarioossed kahjustused ja kaaries;
- pulpiit, parodontiit;
- näo-lõualuu piirkonna põletikuline protsess ja trauma;
- TMJ haigused;
- näovalu.

Vastunäidustused

Kasvajad on healoomulised ja pahaloomulised;
- rasedus kuni 3 kuud;
- türeotoksikoos, I tüüpi diabeet, verehaigused, hingamisteede, neerude, maksa ja vereringe puudulikkus;
- palavikulised seisundid;
- vaimuhaigus;
- implanteeritud südamestimulaatori olemasolu;
- krambid;
- individuaalse sallimatuse tegur.

Varustus

Laserid on tehniline seade, mis kiirgab kiirgust kitsas optilises vahemikus. Kaasaegsed laserid on klassifitseeritud:

Toimeaine järgi (indutseeritud kiirguse allikas) - tahkis, vedelik, gaas ja pooljuht;
- lainepikkuse ja kiirguse järgi - infrapuna, nähtav ja ultraviolettkiirgus;
- vastavalt kiirguse intensiivsusele - madala intensiivsusega ja kõrge intensiivsusega;
- vastavalt kiirguse tekitamise režiimile - impulss- ja pidev.

Seadmed on varustatud kiirgavate peade ja spetsialiseeritud lisadega - hambaravi, peegel, nõelravi, magnet jne, tagades ravi efektiivsuse. Laserkiirguse ja pideva magnetvälja kombineeritud kasutamine suurendab ravitoimet. Kaubanduslikult toodetakse peamiselt kolme tüüpi laserteraapiaseadmeid:

1) põhinevad pidevas kiirgusrežiimis töötavatel heelium-neoonlaseritel lainepikkusega 0,63 mikronit ja väljundvõimsusega 1-200 mW:

ULF-01, "Yagoda"
- AFL-1, AFL-2
- SÜSKIK-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Platan-M1"
- "Atoll"
- ALOC-1 - vere laserkiirguse seade

2) põhinevad pooljuhtlaseritel, mis töötavad pidevas režiimis, tekitades kiirgust lainepikkusega 0,67–1,3 mikronit ja väljundvõimsusega 1–50 mW:

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

3) põhinevad pooljuhtlaseritel, mis töötavad impulssrežiimis, tekitades kiirgust lainepikkusega 0,8-0,9 mikronit, impulsi võimsusega 2-15 W:

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

Magnetlaserteraapia seadmed:

- "Mlada"
- AMLT-01
- "Svetoch-1"
- "Azure"
- "Erga"
- MILTA - magnetiline infrapuna

Laserkiirguse tehnoloogia ja metoodika

Kokkupuude kiirgusega toimub kahjustuse või elundi, segmentaal-metameerse tsooni (naha kaudu), bioloogiliselt aktiivse punktiga. Sügava kaariese ja pulpiidi ravimisel bioloogilisel meetodil kiiritatakse kaariese õõnsuse põhja ja hambakaela piirkonda; periodontiit – valgusjuht sisestatakse juurekanalisse, mida on eelnevalt mehaaniliselt ja meditsiiniliselt töödeldud ning mis viiakse edasi hambajuure tippu.

Laserkiirguse tehnika on stabiilne, stabiilne skaneerimine või skaneerimine, kontakt- või kaugjuhtimine.

Doseerimine

Vastused LI-le sõltuvad doseerimisparameetritest:

Lainepikkus;
- metoodika;
- töörežiim - pidev või impulss;
- intensiivsus, võimsustihedus (PM): madala intensiivsusega LR - pehme (1-2 mW) kasutatakse refleksogeensete tsoonide mõjutamiseks; keskmine (2-30 mW) ja kõva (30-500 mW) - patoloogilise fookuse piirkonnas;
- ühe väljaga kokkupuute aeg - 1-5 minutit, koguaeg mitte rohkem kui 15 minutit. iga päev või ülepäeviti;
- 3-10 protseduurist koosnev ravikuur, mida korratakse 1-2 kuu pärast.

Ohutusmeetmed

Arsti ja patsiendi silmad on kaitstud prillidega SZS-22, SZO-33;
- te ei saa vaadata kiirgusallikat;
- kontori seinad peaksid olema matid;
- pärast emitteri paigaldamist patoloogilisele fookusele vajutage nuppu "Start".

Sõna LASER (Valguse võimendamine stimuleeritud emissiooniga) on inglise keelest tõlgitud kui Valguse võimendamine kiirgust stimuleerides. Laseri tegevust kirjeldas Einstein juba 1917. aastal, kuid esimese töötava laseri ehitas alles 43 aastat hiljem Hugres Aircraftis töötanud Theodor Maiman. Millisekundiliste laserkiirguse impulsside tootmiseks kasutas ta aktiivse keskkonnana kunstlikku rubiinkristalli. Selle laseri lainepikkus oli 694 nm. Mõne aja pärast prooviti laserit lainepikkusega 1060 nm, mis on spektri IR-lähedane piirkond. Selle laseri aktiivseks keskkonnaks olid neodüümiga legeeritud klaasvardad.

Kuid laseril polnud tol ajal praktilist kasu. Juhtivad füüsikud otsisid selle eesmärki erinevates inimtegevuse valdkondades. Esimesed eksperimentaalsed katsed laseritega meditsiinis ei olnud täiesti edukad. Nende lainete laserkiirgus neeldus üsna halvasti, võimsust ei olnud veel võimalik täpselt kontrollida. Kuid 60ndatel näitas punane rubiinlaser oftalmoloogias häid tulemusi.

Laserite kasutamise ajalugu meditsiinis

1964. aastal töötati välja ja testiti argooniioonlaserit. See oli pidevlaine laser sinakasrohelise spektriga ja lainepikkusega 488 nm. See on gaasilaser ja selle võimsust oli lihtsam juhtida. Hemoglobiin neelas oma kiirgust hästi. Mõne aja pärast hakkasid ilmuma argoonlaseril põhinevad lasersüsteemid, mis aitasid ravida võrkkesta haigusi.

Samal aastal 64 töötas Belli laboratoorium välja laseri, mis põhineb ütriumalumiiniumgranaadil, mis oli legeeritud neodüümiga () ja. CO2 on gaaslaser, mille kiirgus on pidev ja mille lainepikkus on 1060 nm. Vesi neelab oma kiirgust väga hästi. Ja kuna inimese pehmed koed koosnevad peamiselt veest, on CO2 laserist saanud hea alternatiiv tavapärasele skalpellile. Kasutades seda laserit kudede lõikamiseks, on verekaotus minimaalne. 70ndatel leidsid süsinikdioksiidi laserid laialdaselt kasutust Ameerika Ühendriikide institutsionaalsetes haiglates. Toonane laserskalpellide kasutusala: günekoloogia ja otolarüngoloogia.

1969. aastal töötati välja esimene impulssvärvilaser ja juba 1975. aastal ilmus esimene eksimerlaser. Sellest ajast alates on laserit aktiivselt kasutatud ja tutvustatud erinevates tegevusvaldkondades.

Laserid hakkasid meditsiinis laialdaselt levima 80ndatel USA haiglates ja kliinikutes. Enamasti kasutati tol ajal süsihappegaas- ja argoonlasereid ning neid kasutati kirurgias ja oftalmoloogias. Tolleaegsete laserite üks miinus on see, et neil oli pidev pidev kiirgus, mis välistas täpsema töö tegemise võimaluse, mistõttu tekkisid töödeldud ala ümber olevad koed termiliselt. Toonane lasertehnoloogiate edukas kasutamine nõudis tohutut töökogemust.

Järgmine samm meditsiini lasertehnoloogiate väljatöötamisel oli impulsslaseri leiutamine. See laser võimaldas toimida ainult probleemsele alale, kahjustamata ümbritsevaid kudesid. Ja 80ndatel ilmusid esimesed. See tähistas laserite kasutamise algust kosmetoloogias. Sellised lasersüsteemid võivad eemaldada kapillaaride hemangioomid ja sünnimärgid. Veidi hiljem ilmusid võimekad laserid. Need olid Q-lülitusega laserid (Q-switched lser).

90ndate alguses töötati välja ja võeti kasutusele skaneerimistehnoloogiad. Lasertöötluse täpsust juhiti nüüd arvuti abil ja sai võimalikuks laseriga naha taastamise (), mis suurendas oluliselt ja populaarsust.

Tänapäeval on laserite kasutusala meditsiinis väga lai. Need on kirurgia, oftalmoloogia, hambaravi, neurokirurgia, kosmetoloogia, uroloogia, günekoloogia, kardioloogia jne. Võite ette kujutada, et kunagi oli laser lihtsalt hea alternatiiv skalpellile, kuid tänapäeval saab sellega eemaldada vähirakke, teha väga täpseid operatsioone erinevatele organitele ning diagnoosida kõige varasemates staadiumides tõsiseid haigusi, näiteks vähki. Nüüd liiguvad lasertehnoloogiad meditsiinis kombineeritud ravimeetodite väljatöötamise suunas, mil koos laserraviga kasutatakse füsioteraapiat, ravimeid ja ultraheli. Näiteks mädahaiguste ravis on välja töötatud meetmete komplekt, mis hõlmab laserravi, antioksüdantide ja erinevate bioloogiliselt aktiivsete materjalide kasutamist.

Lasertehnoloogia ja meditsiin peavad tulevikus käima käsikäes. Ka tänapäeval aitavad lasermeditsiini uusimad arengud vähkkasvajate eemaldamisel ning neid kasutatakse kehakorrektsioonis kosmetoloogias ja nägemise korrigeerimisel oftalmoloogias. Minimaalselt invasiivne operatsioon, kui laseriga tehakse väga keerukaid operatsioone.

Lisainformatsioon:

Meditsiinis on lasersüsteemid leidnud oma rakenduse laserskalpelli kujul. Selle kasutamise kirurgilistel operatsioonidel määravad järgmised omadused:

See teeb suhteliselt veretu lõike, kuna samaaegselt kudede dissektsiooniga koaguleerib haava servad, "pitseerides" mitte liiga suuri veresooni;

Laser-skalpell eristub oma pidevate lõikeomaduste poolest. Kokkupuude kõva esemega (nt luuga) ei lülita skalpelli välja. Mehaanilise skalpelli jaoks oleks selline olukord saatuslik;

Laserkiir võimaldab oma läbipaistvuse tõttu kirurgil näha opereeritavat piirkonda. Tavalise skalpelli tera, nagu ka elektrinoa tera, blokeerib alati mingil määral kirurgi töövälja;

Laserkiir lõikab kudet kaugelt, avaldamata koele mehaanilist mõju;

Laserskalpell tagab absoluutse steriilsuse, sest koega interakteerub ainult kiirgus;

Laserkiir toimib rangelt lokaalselt, kudede aurustumine toimub ainult fookuspunktis. Kudede külgnevad alad on oluliselt vähem kahjustatud kui mehaanilise skalpelli kasutamisel;

Kliiniline praktika on näidanud, et laserskalpelliga tekitatud haav peaaegu ei valuta ja paraneb kiiremini.

Laserite praktiline kasutamine kirurgias sai alguse NSV Liidus 1966. aastal A.V. Instituudis. Laserskalpelli kasutati rindkere ja kõhuõõne siseorganite operatsioonidel. Praegu kasutatakse laserkiirte abil nahaplastilisi operatsioone, söögitoru, mao, soolte, neerude, maksa, põrna ja teiste organite operatsioone. Väga ahvatlev on teha laseriga operatsioone palju veresooni sisaldavatele elunditele, näiteks südamele ja maksale.

Teatud tüüpi laserite omadused.

Praegu on saadaval tohutult erinevaid lasereid, mis erinevad aktiivse kandja, võimsuste, töörežiimide ja muude omaduste poolest. Neid kõiki pole vaja kirjeldada. Seetõttu on siin laserite lühikirjeldus, mis esindavad üsna täielikult peamiste laserite tüüpide omadusi (töörežiim, pumpamismeetodid jne).

Rubiinlaser. Esiteks kvantgeneraator Valgusallikaks oli rubiinlaser, mis loodi 1960. aastal.

Tööaineks on rubiin, mis on alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 (korund) kristall, millesse lisatakse kasvu käigus lisandina kroomoksiid Cr 2 Oz. Rubiini punane värvus on tingitud positiivsest ioonist Cr +3. Al 2 O 3 kristallvõres asendab Cr +3 ioon Al +3 iooni. Selle tulemusena tekib kristalli kaks neeldumisriba: üks rohelises, teine ​​sinises spektri osas. Rubiini punase värvuse tihedus sõltub Cr +3 ioonide kontsentratsioonist: mida suurem on kontsentratsioon, seda paksem on punane värv. Tumepunases rubiinis ulatub Cr +3 ioonide kontsentratsioon 1% -ni.

Koos sinise ja rohelise neeldumisribadega on kaks kitsast energiataset E 1 ja E 1 ', millest üleminekul põhitasemele kiirgatakse valgust lainepikkustega 694,3 ja 692,8 nm. Joone laius on toatemperatuuril ligikaudu 0,4 nm. Sunnitud üleminekute tõenäosus 694,3 nm joone puhul on suurem kui 692,8 nm joone puhul. Seetõttu on 694,3 nm joonega lihtsam töötada. Samas on võimalik genereerida ka 692,8 nm jooni, kui kasutada spetsiaalseid peegleid, millel on suur peegelduskoefitsient kiirguse l = 692,8 nm ja väike l = 694,3 nm puhul.

Kui rubiini kiiritatakse valge valgusega, neelduvad spektri sinine ja roheline osa ning punane osa peegeldub. Rubiinlaser kasutab ksenoonlambiga optilist pumpamist, mis tekitab suure intensiivsusega valgussähvatusi, kui seda läbib vooluimpulss, soojendades gaasi mitme tuhande kelvinini. Pidev pumpamine on võimatu, kuna lamp ei talu pidevat tööd nii kõrgel temperatuuril. Saadud kiirgus on oma omadustelt lähedane täiesti musta keha kiirgusele. Kiirgust neelavad Cr + ioonid, mis selle tulemusena liiguvad energiatasemetele neeldumisribade piirkonnas. Nendelt tasemetelt liiguvad Cr +3 ioonid aga mittekiirgusliku ülemineku tulemusena väga kiiresti tasemetele E 1, E 1 '. Sel juhul kantakse üleliigne energia võrele, s.t muundatakse võre vibratsioonide energiaks ehk teisisõnu footonite energiaks. Tasemed E 1, E 1 ’ on metastabiilsed. Eluiga tasemel E 1 on 4,3 ms. Pumbaimpulsi ajal kuhjuvad ergastatud aatomid E 1 ja E 1 ' tasemel, luues olulise pöördpopulatsiooni võrreldes E 0 tasemega (see on ergastamata aatomite tase).

Rubiinikristalli kasvatatakse ümmarguse silindri kujul. Laserite jaoks kasutatakse tavaliselt järgmiste suurustega kristalle: pikkus L = 5 cm, läbimõõt d = 1 cm Ksenoonlamp ja rubiinkristall asetatakse hästi peegeldava sisepinnaga elliptilisse õõnsusse. Tagamaks, et kogu ksenoonlambi kiirgus tabab rubiini, asetatakse rubiinikristall ja lamp, millel on ka ümmarguse silindri kuju, õõnsuse elliptilise lõigu fookustesse paralleelselt selle generaatoritega. Tänu sellele suunatakse rubiinile kiirgus, mille tihedus on peaaegu võrdne pumba allika kiirgustihedusega.

Rubiinkristalli üks otstest on lõigatud nii, et lõike servadest on tagatud kiire täielik peegeldus ja tagasipeegeldus. See lõige asendab ühe laserpeeglitest. Rubiinkristalli teine ​​ots lõigatakse Brewsteri nurga all. See tagab, et kiir väljub rubiinkristallist ilma peegeldumata sobiva lineaarse polarisatsiooniga. Selle kiire teele asetatakse teine ​​resonaatoripeegel. Seega on rubiinlaseri kiirgus lineaarselt polariseeritud.

Heelium-neoon laser. Aktiivne keskkond on heeliumi ja neooni gaasiline segu. Tekkimine toimub neooni energiatasemete vahelise ülemineku tõttu ja heelium mängib vahendaja rolli, mille kaudu energia kantakse üle neoonaatomitele, et luua populatsiooni inversioon.

Neoon võib põhimõtteliselt tekitada laseruuringuid enam kui 130 erineva ülemineku tulemusena. Kõige intensiivsemad jooned on aga lainepikkustel 632,8 nm, 1,15 ja 3,39 µm. Laine lainepikkusega 632,8 nm on spektri nähtavas osas ning lained 1,15 ja 3,39 mikronid on infrapunases.

Kui vool juhitakse läbi heelium-neoon gaaside segu elektronlöögi mõjul, ergastuvad heeliumi aatomid 2 3 S ja 2 2 S olekutesse, mis on metastabiilsed, kuna üleminek nendest põhiolekusse on kvantmehaanilise valikuga keelatud. reeglid. Kui vool läbib, kogunevad aatomid nendele tasemetele. Kui ergastatud heeliumi aatom põrkab kokku ergastamata neoonaatomiga, läheb ergastusenergia viimasele. See üleminek toimub väga tõhusalt tänu vastavate tasandite energiate heale kokkulangemisele. Selle tulemusena moodustub neooni 3S ja 2S tasemel pöördpopulatsioon võrreldes 2P ja 3P tasemega, mis annab võimaluse tekitada laserkiirgust. Laser võib töötada pidevas režiimis. Heelium-neoonlaseri kiirgus on lineaarselt polariseeritud. Tavaliselt on heeliumi rõhk kambris 332 Pa ja neooni rõhk - 66 Pa. Toru pidev pinge on umbes 4 kV. Ühe peegli peegeldustegur on suurusjärgus 0,999 ja teise, mille kaudu laserkiirgus väljub, on umbes 0,990. Peeglitena kasutatakse mitmekihilisi dielektrikuid, kuna madalamad peegeldustegurid ei taga laseriläve saavutamist.

Gaaslaserid. Need on võib-olla tänapäeval kõige laialdasemalt kasutatav laseritüüp ja on selles osas vaieldamatult paremad isegi rubiinlaseritest. Suurem osa tehtud uuringutest on pühendatud ka gaasilaseritele. Erinevat tüüpi gaasilaserite hulgast on alati võimalik leida üks, mis rahuldab peaaegu kõik laserinõuded, välja arvatud väga suure võimsusega nähtav ala spekter impulssrežiimis. Materjalide mittelineaarsete optiliste omaduste uurimisel on paljude katsete jaoks vaja suuri võimsusi. Praegu pole gaasilaserites suuri võimsusi saavutatud sel lihtsal põhjusel, et aatomite tihedus neis pole piisavalt suur. Peaaegu kõigil muudel eesmärkidel võib aga leida kindlat tüüpi gaaslaserit, mis on parem nii optiliselt pumbatavatest tahkislaseritest kui ka pooljuhtlaseritest. Nende laserite konkurentsivõimeliseks muutmiseks gaasilaseritega on tehtud palju jõupingutusi ja mitmel juhul on saavutatud mõningast edu, kuid see on alati olnud võimalikkuse piiril, samas kui gaasilaserite populaarsuse vähenemise märke pole.

Gaaslaserite eripära on sageli tingitud sellest, et need on reeglina aatomi- või molekulaarspektri allikad. Seetõttu on üleminekute lainepikkused täpselt teada. Need on määratud aatomi struktuuriga ja on tavaliselt keskkonnatingimustest sõltumatud. Laseri lainepikkuse stabiilsust saab teatud jõupingutustega võrreldes spontaanse emissiooni stabiilsusega oluliselt parandada. Nüüd on lasereid, mille monokromaatilisus on parem kui ükski teine ​​seade. Aktiivse keskkonna sobiva valiku korral saab laseri teha mis tahes spektri osas, alates ultraviolettkiirgusest (~ 2OOO A) kuni infrapuna piirkonnani (~ 0,4 mm), kattes osaliselt mikrolainepiirkonna.

Samuti pole põhjust kahelda, et tulevikus on võimalik luua lasereid spektri vaakum-ultraviolettpiirkonna jaoks. Töögaasi hõrenemine tagab madala murdumisnäitajaga keskkonna optilise homogeensuse, mis võimaldab resonaatorirežiimide struktuuri kirjeldamiseks kasutada lihtsat matemaatilist teooriat ja annab kindlustunde, et väljundsignaali omadused on lähedased teoreetilistele. . Kuigi elektrienergia muundamise kasutegur stimuleeritud emissioonienergiaks gaaslaseris ei saa olla nii kõrge kui pooljuhtlaseril, osutub tühjenemise kontrollimise lihtsuse tõttu gaaslaser enamiku eesmärkide jaoks kõige mugavamaks. üks laboriinstrumentidest. Kui rääkida suurest pidevast võimsusest (erinevalt impulssvõimsusest), võimaldab gaasilaserite olemus neil selles osas ületada kõik muud tüüpi laserid.

C0 2 -suletud mahuga laser. Molekulid süsinikdioksiid, nagu ka teistel molekulidel, on vibratsiooni- ja pöörlemisenergia tasemete tõttu triibuline spekter. CO 2 laseris kasutatav üleminek tekitab kiirgust lainepikkusega 10,6 mikronit, st see asub spektri infrapuna piirkonnas. Vibratsioonitasemeid kasutades on võimalik kiirgussagedust veidi varieerida vahemikus ligikaudu 9,2 kuni 10,8 μm. Lämmastikumolekulidest N 2 kandub energia üle CO 2 molekulidele, mis segu voolu läbimisel ergastuvad ise elektronide mõjul.

Lämmastikumolekuli N2 ergastatud olek on metastabiilne ja asub maapinnast 2318 cm -1 kaugusel, mis on väga lähedal CO2 molekuli energiatasemele (001). N2 ergastatud oleku metastabiilsuse tõttu koguneb voolu läbimise ajal ergastatud aatomite arv. Kui N 2 põrkub CO 2 -ga, toimub ergastusenergia resonantsülekanne N 2 -lt CO 2 -le. Selle tulemusena toimub populatsiooni inversioon CO 2 molekulide tasemete (001), (100), (020) vahel. Tavaliselt lisatakse heeliumi taseme (100) populatsiooni vähendamiseks, millel on pikk eluiga, mis halvendab genereerimist sellele tasemele üleminekul. Tüüpilistes tingimustes koosneb laseri gaasisegu heeliumist (1330 Pa), lämmastikust (133 Pa) ja süsinikdioksiidist (133 Pa).

Kui CO 2 laser töötab, lagunevad CO 2 molekulid CO-ks ja O-ks, mille tõttu aktiivne keskkond nõrgeneb. Järgmisena laguneb CO C-ks ja O-ks ning süsinik sadestub toru elektroodidele ja seintele. Kõik see halvendab CO 2 laseri tööd. Üle saama kahjulik mõju Need tegurid lisavad suletud süsteemi veeauru, mis stimuleerib reaktsiooni

CO + O® CO 2.

Kasutatakse plaatina elektroode, mille materjal on selle reaktsiooni katalüsaator. Aktiivse keskkonna tarnimise suurendamiseks ühendatakse resonaator täiendavate CO 2, N 2, He sisaldavate anumatega, mida lisatakse vajalikus koguses resonaatori ruumala säilitamiseks. optimaalsed tingimused laseroperatsioon. Selline suletud CO 2 laser on võimeline töötama palju tuhandeid tunde.

Flow CO 2 - laser. Oluliseks modifikatsiooniks on läbivooluga CO 2 laser, mille puhul pumbatakse pidevalt läbi resonaatori gaaside segu CO 2, N 2, He. Selline laser suudab genereerida pidevat koherentset kiirgust, mille võimsus on üle 50 W oma aktiivse keskkonna meetri kohta.

Neodüüm laser. Nimi võib olla eksitav. Laseri korpus ei ole neodüümmetall, vaid tavaline klaas neodüümi lisandiga. Neodüümi aatomite ioonid jagunevad juhuslikult räni ja hapniku aatomite vahel. Pumpamine toimub välklampidega. Lambid toodavad kiirgust lainepikkuste vahemikus 0,5 kuni 0,9 mikronit. Ilmub lai ergastatud olekute riba. Aatomid teevad mittekiirguslikke üleminekuid ülemisele lasertasandile. Iga üleminek toodab erinevat energiat, mis muundatakse kogu aatomite "võre" vibratsioonienergiaks.

Laserkiirgus, s.o. üleminek tühjale alumisele tasemele, on lainepikkusega 1,06 µm.

T-laser. Paljudes praktilistes rakendustes on oluline roll CO 2 laseril, milles töötav segu on atmosfäärirõhu all ja ergastatakse põikisuunaliselt. elektriväli(T-laser). Kuna elektroodid paiknevad paralleelselt resonaatori teljega, on resonaatori elektrivälja tugevuse suurte väärtuste saamiseks vaja suhteliselt väikesi elektroodide potentsiaalide erinevusi, mis võimaldab töötada impulssrežiimis atmosfääri rõhk, kui CO 2 kontsentratsioon resonaatoris on kõrge. Järelikult on võimalik saada suurt võimsust, mis tavaliselt ulatub 10 MW või enamani ühe kiirgusimpulsi kestusega alla 1 μs. Selliste laserite impulsside kordussagedus on tavaliselt mitu impulssi minutis.

Gaasi dünaamilised laserid. Kõrge temperatuurini (1000–2000 K) kuumutatud CO 2 ja N 2 segu voolab suurel kiirusel läbi laieneva düüsi ja jahutatakse tugevasti. Ülemine ja alumine energiatase on erineva kiirusega soojusisolatsiooniga, mille tulemusena moodustub pöördpopulatsioon. Järelikult, moodustades düüsist väljapääsu juures optilise resonaatori, on selle pöördpopulatsiooni tõttu võimalik tekitada laserkiirgust. Sellel põhimõttel töötavaid lasereid nimetatakse gaasidünaamilisteks. Need võimaldavad pidevas režiimis saada väga suuri kiirgusvõimsusi.

Värvilaserid. Värvained on väga keerulised molekulid, millel on kõrge vibratsiooniline energiatase. Energiatasemed spektriribas paiknevad peaaegu pidevalt. Molekulisisese interaktsiooni tõttu läheb molekul väga kiiresti (aegu 10 -11 -10 -12 s) mittekiirguslikult iga riba madalamale energiatasemele. Seetõttu koonduvad kõik ergastatud molekulid pärast molekulide ergastamist väga lühikese aja jooksul E1 riba madalamale tasemele. Seejärel on neil võime teha kiirguslikku üleminekut mis tahes madalama riba energiatasemele. Seega on nullriba laiusele vastavas intervallis võimalik peaaegu igasuguse sagedusega kiirgus. See tähendab, et kui võtta laserkiirguse tekitamiseks toimeainena värvaine molekule, siis olenevalt resonaatori seadistustest on võimalik saada genereeritud laserkiirguse sageduse peaaegu pidev häälestamine. Seetõttu luuakse häälestatavate genereerimissagedustega värvilasereid. Värvlasereid pumbatakse gaaslahenduslampide või teiste laserite kiirgusega.

Genereerimissageduste valik saavutatakse generatsiooniläve loomisega ainult kitsale sagedusvahemikule. Näiteks valitakse prisma ja peegli asendid nii, et dispersiooni ja erinevate murdumisnurkade tõttu jõuavad pärast peeglist peegeldumist keskkonda tagasi vaid kindla lainepikkusega kiired. Laseri genereerimine on ette nähtud ainult selliste lainepikkuste jaoks. Prismat pöörates on võimalik värvaine laserkiirguse sagedust pidevalt reguleerida. Lasimine viidi läbi paljude värvainetega, mis võimaldas saada laserkiirgust mitte ainult kogu optilises vahemikus, vaid ka olulises osas spektri infrapuna- ja ultraviolettpiirkonnast.

Pooljuhtlaserid. Peamine näide pooljuhtlaserite tööst on magnet-optiline salvestusseade (MO).

MO-salvestuse tööpõhimõtted.

MO-draiv on üles ehitatud teabe salvestamise magnetiliste ja optiliste põhimõtete kombinatsioonile. Teave kirjutatakse laserkiire ja magnetvälja abil ning loetakse ainult laseriga.

MO-kettale salvestamise käigus soojendab laserkiir plaatide teatud punkte ja temperatuuri mõjul langeb kuumenenud punkti polaarsuse muutuse takistus järsult, mis võimaldab magnetväljal muuta punkti polaarsust. . Pärast kuumutamist suureneb takistus uuesti. Kuumutatud punkti polaarsus jääb vastavusse kuumutamise hetkel sellele rakenduva magnetväljaga.

Tänapäeval saadaolevad MO-draivid kasutavad teabe salvestamiseks kahte tsüklit: kustutamistsüklit ja kirjutamistsüklit. Kustutusprotsessi ajal on magnetväljal sama polaarsus, mis vastab binaarsetele nullidele. Laserkiir soojendab järjest kogu kustutatud ala ja kirjutab seega kettale nullide jada. Kirjutamistsükli ajal pööratakse magnetvälja polaarsus ümber, mis vastab binaarsele. Selles tsüklis lülitatakse laserkiir sisse ainult nendes piirkondades, mis peaksid sisaldama binaarseid, jättes binaarsete nullidega alad muutmata.

MO-kettalt lugemise protsessis kasutatakse Kerri efekti, mis seisneb peegeldunud laserkiire polarisatsioonitasandi muutmises, olenevalt peegeldava elemendi magnetvälja suunast. Peegeldav element on sel juhul salvestamise ajal magnetiseeritud punkt ketta pinnal, mis vastab ühele salvestatud teabe bitile. Lugemisel kasutatakse madala intensiivsusega laserkiirt, mis ei too kaasa loetava ala kuumenemist, mistõttu salvestatud info lugemisel ei hävine.

See meetod, erinevalt tavalisest optilistel ketaste puhul kasutatavast, ei deformeeri plaadi pinda ja võimaldab korduvat salvestamist ilma lisaseadmeteta. Sellel meetodil on ka usaldusväärsuse osas eelis traditsioonilise magnetsalvestuse ees. Kuna kettasektsioonide ümbermagnetiseerimine on võimalik ainult kõrge temperatuuri mõjul, siis on juhusliku magnetiseerimise tagasipööramise tõenäosus väga väike, erinevalt traditsioonilisest magnetsalvestusest, mille kadumise võivad põhjustada juhuslikud magnetväljad.

MO-ketaste kasutusala määravad selle kõrged omadused töökindluse, mahu ja asendatavuse osas. MO-ketas on vajalik ülesannete jaoks, mis nõuavad suurt kettaruumi. Need on ülesanded nagu pildi- ja helitöötlus. Kuid andmetele juurdepääsu madal kiirus ei võimalda MO-kettaid kasutada kriitilise süsteemi reaktiivsusega ülesannete jaoks. Seetõttu taandub MO-ketaste kasutamine sellistes ülesannetes neile ajutise või varukoopiateabe salvestamisele. MO-ketaste väga kasulik kasutamine on kõvaketaste või andmebaaside varundamiseks. Erinevalt nendel eesmärkidel traditsiooniliselt kasutatavatest lindiseadmetest suurendab MO-ketastele varundusteabe salvestamine oluliselt andmete taastamise kiirust pärast riket. Seda seletatakse asjaoluga, et MO-kettad on juhusliku juurdepääsuga seadmed, mis võimaldavad taastada ainult ebaõnnestunud andmeid. Lisaks pole selle taastamismeetodi puhul vaja süsteemi täielikult peatada, kuni andmed on täielikult taastatud. Need eelised koos teabe salvestamise suure töökindlusega muudavad MO-ketaste kasutamise varundamiseks kasumlikuks, kuigi lindiseadmetega võrreldes kallimaks.

MO-ketaste kasutamine on soovitatav ka suure hulga privaatse teabega töötamisel. Ketaste lihtne vahetamine võimaldab neid kasutada ainult töö ajal, muretsemata arvuti kaitsmise pärast töövälisel ajal, andmeid saab hoida eraldi kaitstud kohas. See sama omadus muudab MO-kettad asendamatuks olukordades, kus on vaja transportida suuri koguseid ühest kohast teise, näiteks töölt koju ja tagasi.

MO-ketaste arendamise peamised väljavaated on seotud eelkõige andmete salvestamise kiiruse suurendamisega. Aeglase kiiruse määrab peamiselt kahekäiguline salvestusalgoritm. Selles algoritmis kirjutatakse nullid ja ühed erinevatel käikudel, kuna magnetväli, mis määrab ketta konkreetsete punktide polarisatsiooni suuna, ei suuda oma suunda piisavalt kiiresti muuta.

Kõige realistlikum alternatiiv kahekäigulisele salvestamisele on muutmisel põhinev tehnoloogia faasi olek. Sellise süsteemi on mõned tootmisettevõtted juba kasutusele võtnud. Selles suunas on mitmeid muid arenguid, mis on seotud polümeervärvide ning magnetvälja ja laserkiirguse võimsuse modulatsioonidega.

Faasimuutustehnoloogia põhineb aine võimel muutuda kristalsest olekust amorfseks. Piisab ketta pinna teatud punkti valgustamisest teatud võimsusega laserkiirega ja aine muutub selles punktis amorfsesse olekusse. Sel juhul muutub ketta peegeldusvõime selles punktis. Teabe kirjutamine toimub palju kiiremini, kuid samal ajal deformeerub ketta pind, mis piirab ümberkirjutamise tsüklite arvu.

Praegu töötatakse välja tehnoloogiat, mis võimaldab magnetvälja polaarsust muuta vaid mõne nanosekundiga. See võimaldab magnetväljal muutuda sünkroonselt salvestamiseks vajalike andmete saabumisega. Samuti on olemas laserkiirguse moduleerimisel põhinev tehnoloogia. Selles tehnoloogias töötab ajam kolmes režiimis: madala intensiivsusega lugemisrežiim, keskmise intensiivsusega kirjutamisrežiim ja suure intensiivsusega kirjutamisrežiim. Laserkiire intensiivsuse moduleerimiseks on vaja keerukamat kettastruktuuri ja initsialiseeriva magneti lisamist, mis on paigaldatud nihkemagneti ette ja millel on kettaajami mehhanismile vastupidine polaarsus. Kõige lihtsamal juhul on kettal kaks töökihti – lähtestamine ja salvestamine. Initsialiseeriv kiht on valmistatud sellisest materjalist, et initsialiseeriv magnet saab muuta oma polaarsust ilma täiendava laseriga.

Loomulikult on MO-kettad paljulubavad ja kiiresti arenevad seadmed, mis suudavad lahendada esilekerkivaid probleeme suurte teabemahtudega. Kuid nende edasine areng ei sõltu mitte ainult neile salvestamise tehnoloogiast, vaid ka edusammudest muude andmekandjate valdkonnas. Ja kui ei leiuta tõhusamat viisi teabe salvestamiseks, võivad MO-kettad omandada domineeriva rolli.