Применение лазеров в медицине

АСФ ГБОУ СПО «Кемеровский областной медицинский колледж»

 

 

 

 

 

 

Доклад 

На тему:

«Применение лазеров в медицине»

 

 

Выполнила:

Студентка 1 курса,

Группы МС122Д

Морозова В.А.

Проверила:

Преподаватель физики

Тровалёва Н.К.

 

 

 

 

Анжеро-Судженск.

2013

 

Введение

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые  открыли новые возможности в  разрешении многочисленных медицинских  проблем.

 Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким, что очень трудно ответить на вопрос: для лечения каких заболеваний лазеры не применяют?

Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика.

Нашей областью деятельности являются лазеры для применений в  хирургии и косметологии, имеющие  достаточно большую мощность для  разрезания, вапоризации, коагуляции и  других структурных изменений в  биоткани. Применяются достаточно мощные лазеры со средней мощностью излучения десятки ватт, которые способны сильно нагревать биоткань, что приводит к ее резанию или испарению. Эти и другие характеристики хирургических лазеров обуславливают применение в хирургии различных видов хирургических лазеров, работающих на разных лазерных активных средах.

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

Хирургические лазерные системы  обеспечивают:

1. эффективную контактную и бесконтактную вапоризацию и деструкцию биоткани;
2. сухое операционное поле;
3. минимальное повреждение окружающих тканей;
4. эффективный гемо- и аэростаз;
5. купирование лимфатических протоков;
6. высокую стерильность и абластичность;
7. совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментам

 Это дает возможность  эффективно использовать хирургические  лазеры для выполнения самых  разнообразных оперативных вмешательств  в урологии, гинекологии, оториноларингологии,  ортопедии, нейрохирургии и т.  д.

Свойства хирургических  лазеров

Для целей хирургии луч  лазера должен быть достаточно мощным, чтобы нагревать биоткань выше 50 - 70 °С, что приводит к ее коагуляции, резанию или испарению. Поэтому в лазерной хирургии, говоря о мощности лазерного излучения того или иного аппарата, оперируют цифрами, обозначающими единицы, десятки и сотни Вт.

Хирургические лазеры бывают как непрерывные, так и импульсные, в зависимости от типа активной среды. Условно их можно разделить на три группы по уровню мощности:

1. Коагулирующие: 1 - 5 Вт,
2. Испаряющие и неглубоко режущие: 5 - 20 Вт,
3. Глубоко режущие: 20 - 100 Вт.

Конечно, это деление в  значительной степени условно, т.к. длина волны излучения и режим  работы очень сильно влияют на требования по выходной мощности хирургического лазера.

Поглощение в  биоткани

Каждый тип лазера в  первую очередь характеризуется  длиной волны излучения. Длина волны  определяет степень поглощения лазерного  излучения биотканью, а, значит, и глубину проникновения, и степень нагрева как области хирургического вмешательства, так и окружающей ткани.

 Учитывая, что вода  содержится практически во всех  типах биоткани, можно сказать, что для хирургии предпочтительно использовать такой тип лазера, излучение которого имеет коэффициент поглощения в воде более 10 см-1 или, что то же самое, глубина проникновения которого не превышает 1 мм.

 Другие важные характеристики  хирургических лазеров, определяющие  их применение в медицине:

1. мощность излучения;
2. непрерывный или импульсный режим работы;
3. способность коагулировать кровенасыщенную биоткань;
4. возможность передачи излучения по оптическому волокну.

 При воздействии лазерного  излучения на биоткань сначала происходит ее нагрев, а затем уже испарение. Для эффективного разрезания биоткани нужно быстрое испарение в месте разреза с одной стороны, и минимальный сопутствующий нагрев окружающих тканей с другой стороны.

 Ясно, что при одинаковой  средней мощности излучения короткий  импульс нагревает ткань быстрее,  чем непрерывное излучение, и  при этом распространение тепла  к окружающим тканям минимально.

 Но, если импульсы имеют  низкую частоту повторения (менее  5 Гц), то непрерывный разрез провести  сложно, это больше похоже на  перфорацию. Следовательно, лазер  предпочтительно должен иметь  импульсный режим работы с  частотой повторения импульсов  более 10 Гц, а длительность импульса - минимально возможную для получения  высокой пиковой мощности.

Что же касается средней  мощности лазера, то на практике оптимальная  выходная мощность для хирургии находится  в диапазоне от 15 до 60 Вт в зависимости  от длины волны лазерного излучения  и области применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАЗЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

Несмотря на общую природу  световых и радиоволн, многие годы оптика и радиоэлектроника развивались  самостоятельно, независимо друг от друга. Казалось, что источники света  — возбужденные частицы и генераторы радиоволн — имеют мало общего. Лишь с середины XX столетия появились  работы по созданию молекулярных усилителей и генераторов радиоволн, которые  положили начало новой самостоятельной  области физики — квантовой электронике.

Квантовая электроника изучает  методы усиления и генерации электромагнитных колебаний с использованием вынужденного излучения квантовых систем. Лазеры представляют собой источники света, работающие на базе процесса вынужденного (стимулированного, индуцированного) испускания фотонов возбужденными атомами  или молекулами под воздействием фотонов излучения, имеющих ту же частоту. Отличительной чертой этого  процесса является то, что фотон, возникающий  при вынужденном испускании, идентичен  вызвавшему его появление внешнему фотону по частоте, фазе, направлению  и поляризации. Это определяет уникальные свойства квантовых генераторов: высокая  когерентность излучения в пространстве и во времени, высокая монохроматичность, узкая направленность пучка излучения, огромная концентрация потока мощности и способность фокусироваться в очень малые объемы. Лазеры создаются на базе различных активных сред: газообразной, жидкой или твердой. Они могут давать излучение в весьма широком диапазоне длин волн - от 100 нм (ультрафиолетовый свет) до 1.2 мкм (инфракрасное излучение) - и могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

Лазер состоит из трех принципиально  важных узлов: излучателя, системы накачки  и источника питания, работа которых  обеспечивается с помощью специальных  вспомогательных устройств.

В лазерное излучение и содержит оптический резонатор, представляющий собой в общем случае систему тщательно изготовленных отражающих, преломляющих и фокусирующих элементов, во внутреннем пространстве которого возбуждается и поддерживается определенный тип электромагнитных колебаний оптического диапазона. Оптический резонатор должен иметь минимальные потери в рабочей части спектра, высокую точность изготовления узлов и их взаимной установки.

Создание лазеров оказалось  возможным в результате реализации трех фундаментальных физических идей: вынужденного излучения, создания термодинамически неравновесной инверсной населенности энергетических уровней атомов и использования положительной обратной связи .

Возбужденные молекулы (атомы) способны излучать фотоны люминесценции. Такое излучение является спонтанным процессом . Оно случайно и хаотично по времени, частоте (могут быть переходы между разными уровнями), по направлению распространения и поляризации. Другое излучение — вынужденное, или индуцированное — возникает при взаимодействии фотона с возбужденной молекулой, если энергия фотона равна разности соответствующих уровней энергии. При вынужденном (индуцированном) излучении число переходов, совершаемых в секунду, зависит от числа фотонов, попадающих в вещество за это же время, т. е. от интенсивности света, а также от числа возбужденных молекул. Другими словами, число вынужденных переходов будет тем больше, чем выше населенность соответствующих возбужденных энергетических состояний.

Основными особенностями  лазерного излучения, делающими  его перспективным для применения в различных областях медицины, являются высокие направленность, монохроматичность и энергоемкость.

Высокая направленность лазерного  излучения характеризуется тем, что угловое расхождение его  пучка в свободном пространстве достигает величин, измеряемых десятками  угловых секунд. Благодаря этому  возможна передача лазерного излучения  в пучке на значительные расстояния без существенного увеличения его  диаметра. Высокие монохроматичность и направленность как импульсного, так и непрерывного лазерного излучения позволяют фокусировать его в пятна, соизмеримые с длиной волны излучения самого лазера. Столь острая фокусировка делает возможным облучение медико-биологических объектов на клеточном уровне. Кроме того, такая фокусировка позволяет получать требуемый лечебный эффект при небольших энергиях лазерного излучения. Последнее особенно важно при использовании лазерного излучения для обработки биообъектов, чувствительных к свету.