Esimerkki lasersäteilystä lääketieteessä. Laserin ja säteilyn käyttö lääketieteessä

Lääketieteessä laserjärjestelmät ovat löytäneet sovelluksensa laserveitsen muodossa. Sen käyttöä varten kirurgiset leikkaukset määrittele seuraavat ominaisuudet:

Se tuottaa suhteellisen verettömän viillon, koska samanaikaisesti kudosten leikkaamisen kanssa se koaguloi haavan reunat, jotka eivät ole liian suuria. verisuonet;

Laserveikale eroaa leikkausominaisuuksien pysyvyydestä. Kovaan esineeseen (kuten luuhun) osuminen ei poista skalpellin toimintaa. Mekaaniselle skalpellille tämä tilanne olisi kohtalokas;

Lasersäteen läpinäkyvyyden ansiosta kirurgi näkee leikatun alueen. Tavallisen veitsen terä, samoin kuin sähköveitsen terä, estää aina jossain määrin työkentän kirurgilta;

Lasersäde leikkaa kudoksen läpi etäisyyden päästä ilman mekaanista vaikutusta kudokseen;

Laserveikale tarjoaa ehdottoman steriiliyden, koska vain säteily on vuorovaikutuksessa kudoksen kanssa;

Lasersäde toimii tiukasti paikallisesti, kudosten haihtumista tapahtuu vain polttopisteessä. Viereiset kudosalueet vaurioituvat paljon vähemmän kuin käytettäessä mekaanista skalpella;

Kuten kliininen käytäntö on osoittanut, laserveikkaushaava ei melkein satu ja paranee nopeammin.

Lasereiden käytännön käyttö kirurgiassa alkoi Neuvostoliitossa vuonna 1966 A.V. Vishnevsky Institutessa. Laserveikallaa käytettiin rintakehän sisäelinten ja vatsaonteloiden leikkauksissa. Tällä hetkellä lasersäteellä tehdään ihon plastiikkaleikkauksia, ruokatorven, mahan, suoliston, munuaisten, maksan, pernan ja muiden elinten leikkauksia. On erittäin houkuttelevaa tehdä laserleikkauksia elimille, joissa on suuri määrä verisuonia, esimerkiksi sydämessä, maksassa.

Joidenkin lasertyyppien ominaisuudet.

Tällä hetkellä on olemassa valtava valikoima lasereita, jotka eroavat toisistaan ​​aktiivisten materiaalien, tehojen, toimintatilojen ja muiden ominaisuuksien suhteen. Ei niitä kaikkia tarvitse kuvailla. Siksi tässä annetaan lyhyt kuvaus lasereista, jotka edustavat täysin pääasiallisten lasertyyppien ominaisuuksia (toimintatila, pumppausmenetelmät jne.)

rubiini laser. Ensimmäinen kvanttivalogeneraattori oli rubiinilaser, joka luotiin vuonna 1960.

Työskentelyaine on rubiini, joka on alumiinioksidin Al 2 O 3 (korundi) kide, johon kasvun aikana lisätään epäpuhtautena kromioksidia Cr 2 Oz. Rubiinin punainen väri johtuu positiivisesta Cr +3 -ionista. Al 2 O 3 -kidehilassa Cr +3 -ioni korvaa Al +3 -ionin. Tämän seurauksena kiteeseen ilmestyy kaksi absorptiokaistaa: yksi spektrin vihreässä ja toinen sinisessä osassa. Rubiinin punaisen värin tiheys riippuu Cr +3 -ionien pitoisuudesta: mitä suurempi pitoisuus, sitä paksumpi punainen väri. Tummanpunaisessa rubiinissa Cr +3 -ionien pitoisuus saavuttaa 1%.

Sinisen ja vihreän absorptiokaistan ohella on kaksi kapeaa energiatasoa E 1 ja E 1 ', joista siirtyessä valoa aallonpituuksilla 694,3 ja 692,8 nm säteilee päätasolle. Viivan leveys on noin 0,4 nm huoneenlämpötilassa. Pakotettujen siirtymien todennäköisyys 694,3 nm:n viivalla on suurempi kuin 692,8 nm:n linjalla. Siksi on helpompi työskennellä 694,3 nm:n linjalla. Kuitenkin myös 692,8 nm:n juovia voidaan muodostaa, jos käytetään erikoispeilejä, joilla on suuri heijastuskerroin l = 692,8 nm:n säteilylle ja pieni l = 694,3 nm:lle.

Kun rubiinia säteilytetään valkoisella valolla, spektrin sininen ja vihreä osa absorboituu, kun taas punainen osa heijastuu. Rubiinilaser käyttää optista pumppausta ksenonlampulla, joka antaa voimakkaita välähdyksiä, kun virtapulssi kulkee sen läpi ja lämmittää kaasun useisiin tuhansiin kelvineihin. Jatkuva pumppaus ei ole mahdollista, koska lamppu ei kestä jatkuvaa käyttöä niin korkeassa lämpötilassa. Tuloksena oleva säteily on ominaisuuksiltaan lähellä täysin mustan kappaleen säteilyä. Säteily absorboituu Cr + -ioneihin, jotka tämän seurauksena siirtyvät energiatasoille absorptiokaistojen alueella. Näiltä tasoilta Cr +3 -ionit kuitenkin siirtyvät hyvin nopeasti ei-säteilyttävän siirtymän seurauksena tasoille E 1, E 1 '. Tässä tapauksessa ylimääräinen energia siirtyy hilaan, eli se muunnetaan hilan värähtelyenergiaksi eli toisin sanoen fotonien energiaksi. Tasot E1, E1' ovat metastabiileja. Elinikä E 1 -tasolla on 4,3 ms. Pumppupulssin aikana viritetyt atomit kerääntyvät tasoille E 1 , E 1 ', mikä luo merkittävän populaation inversion suhteessa tasoon E 0 (tämä on virittymättömien atomien taso).

Rubiinikide on kasvanut pyöreän sylinterin muodossa. Laserissa käytetään yleensä kiteitä, joiden koko on: pituus L = 5 cm, halkaisija d = 1 cm. Ksenonlamppu ja rubiinikide asetetaan elliptiseen onteloon, jossa on hyvin heijastava sisäpinta. Sen varmistamiseksi, että kaikki ksenonlampun säteily osuu rubiiniin, rubiinikide ja lamppu, joka on myös pyöreän sylinterin muotoinen, sijoitetaan ontelon elliptisen osan polttopisteisiin samansuuntaisesti sen generaattorien kanssa. Tästä johtuen rubiiniin ohjataan säteilyä, jonka tiheys on lähes yhtä suuri kuin pumpun lähteen säteilytiheys.

Yksi rubiinikiteen päistä on leikattu siten, että varmistetaan säteen täydellinen heijastus ja paluu leikatuilta pinnoilta. Tällainen leikkaus korvaa yhden laserpeileistä. Rubiinikiteen toinen pää on leikattu Brewsterin kulmassa. Se tarjoaa uloskäynnin rubiinikiteestä heijastamatta sädettä vastaavalla lineaarisella polarisaatiolla. Toinen resonaattoripeili asetetaan tämän säteen reitille. Siten rubiinilaserin säteily on lineaarisesti polarisoitunut.

Helium-neon laser. Aktiivinen väliaine on heliumin ja neonin kaasumainen seos. Generointi tapahtuu neonin energiatasojen välisten siirtymien vuoksi, ja helium toimii välittäjänä, jonka kautta energiaa siirretään neonatomeihin käänteisen populaation luomiseksi.

Neon voi periaatteessa tuottaa lasertutkimuksen yli 130 erilaisen siirtymän tuloksena. Voimakkaimpia ovat kuitenkin viivat, joiden aallonpituudet ovat 632,8 nm, 1,15 ja 3,39 µm. 632,8 nm aalto on spektrin näkyvässä osassa ja 1,15 ja 3,39 µm aallot ovat infrapunassa.

Kun virta johdetaan helium-neonkaasuseoksen läpi elektroniiskulla, heliumatomit virittyvät 2 3 S- ja 2 2 S -tiloihin, jotka ovat metastabiileja, koska siirtyminen perustilaan niistä on kvanttimekaanisella valinnalla kielletty. säännöt. Kun virta kulkee, atomit kerääntyvät näille tasoille. Kun viritetty heliumatomi törmää virittymättömään neonatomiin, viritysenergia siirtyy jälkimmäiseen. Tämä siirtyminen tapahtuu erittäin tehokkaasti johtuen vastaavien tasojen energioiden hyvästä yhteensattumisesta. Tämän seurauksena neonin 3S- ja 2S-tasoilla muodostuu käänteinen populaatio suhteessa 2P- ja 3P-tasoihin, mikä mahdollistaa lasersäteilyn tuottamisen. Laser voi toimia jatkuvasti. Helium-neonlaserin säteily on lineaarisesti polarisoitunutta. Tyypillisesti heliumin paine kammiossa on 332 Pa ja neonin 66 Pa. Putken vakiojännite on noin 4 kV. Toisen peilin heijastuskerroin on luokkaa 0,999 ja toisen, jonka läpi lasersäteily poistuu, on noin 0,990. Peileinä käytetään monikerroksisia eristeitä, koska pienemmät heijastuskertoimet eivät takaa laserointikynnyksen saavuttamista.

Kaasu laserit. Ne edustavat ehkä laajimmin käytettyä lasertyyppiä nykyään ja ylittävät ehkä jopa rubiinilaserit tässä suhteessa. Kaasulaserit ovat myös suurimman osan tehdystä tutkimuksesta kohteena. Joukossa erilaisia ​​tyyppejä kaasulaserit, aina löytyy sellainen, joka täyttää lähes kaikki laserin vaatimukset, lukuun ottamatta erittäin suurta tehoa spektrin näkyvällä alueella pulssitilassa. Suuria tehoja tarvitaan moniin kokeisiin materiaalien epälineaaristen optisten ominaisuuksien tutkimisessa. Tällä hetkellä kaasulasereissa ei ole saavutettu suuria tehoja yksinkertainen syy että atomien tiheys niissä ei ole tarpeeksi korkea. Lähes kaikkiin muihin käyttötarkoituksiin voidaan kuitenkin löytää tietyntyyppinen kaasulaser, joka ylittää sekä optisesti pumpatut solid-state-laserit että puolijohdelaserit. Näistä lasereista on tehty paljon vaivaa, jotta nämä laserit olisivat kilpailukykyisiä kaasulaserien kanssa, ja joissakin tapauksissa on saavutettu jonkin verran menestystä, mutta se on aina ollut mahdollisuuksien partaalla, kun taas kaasulaserit eivät osoita merkkejä suosion hiipumisesta.

Kaasulaserien erityispiirteet johtuvat usein siitä, että ne ovat yleensä atomi- tai molekyylispektrien lähteitä. Siksi siirtymien aallonpituudet tunnetaan tarkasti. Ne määräytyvät atomirakenteen mukaan ja ovat yleensä riippumattomia ympäristöolosuhteista. Sukupolven aallonpituuden stabiilisuutta tietyillä ponnisteluilla voidaan parantaa merkittävästi verrattuna spontaanin emission stabiilisuuteen. Lasereita on nyt saatavilla paremmalla yksivärisyydellä kuin millään muulla instrumentilla. Aktiivisen väliaineen sopivalla valinnalla generointi voidaan suorittaa missä tahansa spektrin osassa ultraviolettisäteilystä (~ 2000 A) kauko-infrapuna-alueelle (~ 0,4 mm), jolloin mikroaaltoalue vangitaan osittain.

Ei ole myöskään syytä epäillä, että tulevaisuudessa on mahdollista luoda lasereita spektrin vakuumi-ultraviolettialueelle. Työkaasun harvinaistuminen varmistaa matalan taitekertoimen omaavan väliaineen optisen homogeenisuuden, mikä mahdollistaa yksinkertaisen matemaattisen teorian soveltamisen resonaattorimoodien rakenteen kuvaamiseen ja antaa varmuutta siitä, että lähtösignaalin ominaisuudet ovat lähellä teoreettisia. Vaikka tehokkuus sähköenergian muuntamiseksi stimuloiduksi säteilyenergiaksi kaasulaserissa ei voi olla yhtä suuri kuin puolijohdelaserissa, kaasulaser osoittautuu kuitenkin purkausohjauksen yksinkertaisuuden vuoksi kätevimmäksi useimpiin tarkoituksiin. toimii yhtenä laboratorioinstrumenteista. Mitä tulee suureen tehoon jatkuvassa tilassa (toisin kuin pulssiteho), kaasulaserien luonne sallii niiden ylittää kaikki muut lasertyypit tässä suhteessa.

C0 2 -laser suljetulla tilavuudella. Hiilidioksidimolekyyleillä, kuten muillakin molekyyleillä, on raidallinen spektri värähtely- ja pyörimisenergiatasojen vuoksi. CO 2 -laserissa käytetty siirtymä tuottaa säteilyä, jonka aallonpituus on 10,6 μm, eli se sijaitsee spektrin infrapuna-alueella. Värähtelytasoja käyttämällä on mahdollista vaihdella hieman säteilytaajuutta alueella noin 9,2-10,8 μm. Energia siirtyy CO 2 -molekyyleihin N 2 -typpimolekyyleistä, jotka itse virittyvät elektroniiskulla, kun virta kulkee seoksen läpi.

N2-typpimolekyylin virittynyt tila on metastabiili ja on 2318 cm -1:n etäisyydellä maanpinnasta, mikä on hyvin lähellä CO 2 -molekyylin energiatasoa (001). N2:n virittyneen tilan metastabiilisuudesta johtuen virittyneiden atomien lukumäärä kertyy virran kulun aikana. Kun N2 törmää CO2:n kanssa, tapahtuu viritysenergian resonanssisiirto N2:sta CO 2:een. Tämän seurauksena populaatiot muuttuvat käänteisiksi CO 2 -molekyylien tasojen (001), (100), (020) välillä. Heliumia lisätään yleensä vähentämään (100) tason väestöä, jolla on pitkä käyttöikä, mikä pahentaa sukupolvea siirtyessä tälle tasolle. Tyypillisissä olosuhteissa laserin kaasuseos koostuu heliumista (1330 Pa), typestä (133 Pa) ja hiilidioksidista (133 Pa).

CO 2 -laserin toiminnan aikana CO 2 -molekyylit hajoavat CO:ksi ja O:ksi, minkä seurauksena aktiivinen väliaine heikkenee. Lisäksi CO hajoaa C:ksi ja O:ksi ja hiiltä kerrostuu elektrodeille ja putken seinämille. Kaikki tämä heikentää CO 2 -laserin toimintaa. Näiden tekijöiden haitallisten vaikutusten voittamiseksi vesihöyryä lisätään suljettuun järjestelmään, mikä stimuloi reaktiota.

CO+O®CO2.

Käytetään platinaelektrodeja, joiden materiaali on tämän reaktion katalyytti. Aktiiviväliaineen varannon lisäämiseksi resonaattori liitetään lisäsäiliöihin, jotka sisältävät CO 2, N 2, He, joita lisätään tarvittava määrä resonaattorin tilavuuteen optimaalisten laserin toimintaolosuhteiden ylläpitämiseksi. Tällainen suljettu CO 2 -laser pystyy toimimaan useita tuhansia tunteja.

Flow CO 2 -laser. Tärkeä muunnos on virtaus CO 2 -laser, jossa kaasuseosta CO 2, N 2 pumpataan jatkuvasti resonaattorin läpi. Tällainen laser voi tuottaa jatkuvaa koherenttia säteilyä, jonka teho on yli 50 W aktiiviväliaineensa pituusmetriä kohden.

neodyymi laser. Nimi voi olla harhaanjohtava. Laserin runko ei ole neodyymimetallia, vaan tavallista lasia, johon on lisätty neodyymiä. Neodyymiatomien ionit jakautuvat satunnaisesti pii- ja happiatomien kesken. Pumppaus tapahtuu salamalampuilla. Lamput tuottavat säteilyä aallonpituuksilla 0,5 - 0,9 mikronia. Syntyy laaja joukko jännittyneitä tiloja. Atomit tekevät ei-säteilyllisiä siirtymiä ylempään lasertasoon. Jokainen siirtymä antaa erilaisen energian, joka muunnetaan koko atomien "hilan" värähtelyenergiaksi.

Lasersäteily, ts. siirtyminen tyhjälle alemmalle tasolle, sen aallonpituus on 1,06 mikronia.

T-laser. Monissa käytännön sovelluksissa tärkeä rooli soittaa CO 2 -laseria, jossa työseos on ilmakehän paineen alaisena ja viritetty poikittaissähkökentällä (T-laser). Koska elektrodit ovat samansuuntaisia ​​resonaattorin akselin kanssa, tarvitaan suhteellisen pieniä potentiaalieroja elektrodien välillä suurien sähkökenttävoimakkuuksien saavuttamiseksi resonaattorissa, mikä mahdollistaa pulssikäytön ilmakehän paineessa, kun resonaattorin CO2-pitoisuus on korkea. Näin ollen yhdellä säteilypulssilla, jonka kesto on alle 1 μs, on mahdollista saada suuri teho, joka yleensä saavuttaa 10 MW tai enemmän. Pulssin toistonopeus tällaisissa lasereissa on yleensä useita pulsseja minuutissa.

kaasudynaamiset laserit. lämmitetty korkea lämpötila(1000-2000 K), CO 2:n ja N 2:n seos jäähtyy voimakkaasti, kun se virtaa suurella nopeudella laajenevan suuttimen läpi. Tässä tapauksessa ylempi ja alempi energiataso eristetään eri nopeudella, minkä seurauksena muodostuu käänteinen populaatio. Siksi muodostamalla optinen resonaattori suuttimen ulostuloon on mahdollista tuottaa lasersäteilyä tämän populaation inversion vuoksi. Tällä periaatteella toimivia lasereita kutsutaan kaasudynaamiksi. Niiden avulla on mahdollista saada erittäin suuria säteilytehoja jatkuvassa tilassa.

Värityslaserit. Väriaineet ovat erittäin monimutkaisia ​​molekyylejä, joilla on erittäin voimakas värähtelyenergiataso. Spektrikaistan energiatasot sijaitsevat lähes jatkuvasti. Johtuen molekyylinsisäisestä vuorovaikutuksesta, molekyyli siirtyy hyvin nopeasti (10 -11 -10 -12 s:n luokkaan) ei-säteilytysti kunkin vyöhykkeen alemmalle energiatasolle. Siksi molekyylien virityksen jälkeen, hyvin lyhyen ajan kuluttua, kaikki viritetyt molekyylit keskittyvät E1-vyöhykkeen alemmalle tasolle. Heillä on sitten mahdollisuus tehdä säteilysiirtymä mille tahansa alemman kaistan energiatasolle. Näin ollen on mahdollista lähettää käytännössä mikä tahansa taajuus nollakaistan leveyttä vastaavalla aikavälillä. Ja tämä tarkoittaa, että jos värimolekyylejä otetaan aktiivisena aineena lasersäteilyn tuottamiseksi, niin resonaattorin virityksestä riippuen on mahdollista saada lähes jatkuva viritys syntyvän lasersäteilyn taajuudelle. Siksi luodaan väriainepohjaisia ​​lasereita, joilla on viritettävä sukupolvitaajuus. Värilaserit pumpataan kaasupurkauslampuilla tai muiden lasereiden säteilyllä.

Tuotantotaajuuksien allokointi saavutetaan sillä, että generointikynnys luodaan vain kapealle taajuusalueelle. Esimerkiksi prisman ja peilin paikat valitaan siten, että vain tietyn aallonpituuden omaavat säteet palaavat väliaineeseen heijastuttuaan peilistä dispersion ja erilaisten taitekulmien vuoksi. Vain tällaisille aallonpituuksille tarjotaan lasergenerointi. Prismaa kiertämällä voidaan varmistaa väriainelasersäteilytaajuuden jatkuva viritys. Lasointi suoritettiin monilla väriaineilla, mikä mahdollisti lasersäteilyn saamisen paitsi koko optisella alueella, myös merkittävällä osalla spektrin infrapuna- ja ultraviolettialueita.

puolijohdelaserit. Pääesimerkki puolijohdelasereiden toiminnasta on magneto-optinen muisti (MO).

MO-taajuusmuuttajan toimintaperiaatteet.

MO-asema on rakennettu magneettisen ja optisen tiedontallennusperiaatteen yhdistelmälle. Tiedot tallennetaan lasersäteellä ja magneettikenttä ja lukeminen vain yhdellä laserilla.

MO-levylle kirjoitettaessa lasersäde lämmittää tiettyjä levyjen pisteitä, ja lämpötilan vaikutuksesta lämmitetyn pisteen napaisuuden vaihtovastus laskee jyrkästi, mikä mahdollistaa magneettikentän muutoksen pisteen napaisuutta. . Kuumennuksen päätyttyä vastus kasvaa jälleen. Lämmitettävän pisteen napaisuus pysyy lämmityksen aikana siihen kohdistetun magneettikentän mukaisesti.

Tällä hetkellä saatavilla olevissa MO-tallennuslaitteissa tiedon kirjoittamiseen käytetään kahta jaksoa: poistojaksoa ja kirjoitusjaksoa. Poistoprosessin aikana magneettikentällä on sama polariteetti, joka vastaa binäärisiä nollia. Lasersäde lämmittää peräkkäin koko pyyhittävän alueen ja kirjoittaa siten nollasarjan levylle. Kirjoitusjaksossa magneettikentän napaisuus käännetään, mikä vastaa binääriyksikköä. Tässä syklissä lasersäde kytketään päälle vain niillä alueilla, joiden tulisi sisältää binäärisiä nollia, jolloin alueet, joissa on binäärisiä nollia, eivät muutu.

MO-levyltä luettaessa käytetään Kerr-ilmiötä, joka koostuu heijastuneen lasersäteen polarisaatiotason muuttamisesta riippuen heijastavan elementin magneettikentän suunnasta. Heijastava elementti on tässä tapauksessa levyn pinnalla oleva piste, joka on magnetoitu tallennuksen aikana ja joka vastaa yhtä bittiä tallennettua tietoa. Lukeessa käytetään matalan intensiteetin lasersädettä, joka ei aiheuta lukualueen kuumenemista, joten tallennettu tieto ei tuhoudu lukemisen aikana.

Tämä menetelmä, toisin kuin tavallinen optisissa levyissä käytetty, ei deformoi levyn pintaa ja mahdollistaa uudelleentallentamisen ilman lisälaitteita. Tällä menetelmällä on myös luotettavuuden kannalta etu perinteiseen magneettitallennukseen verrattuna. Koska levyosien uudelleenmagnetointi on mahdollista vain korkean lämpötilan vaikutuksesta, vahingossa tapahtuvan uudelleenmagnetoinnin todennäköisyys on hyvin pieni, toisin kuin perinteisessä magneettisessa tallennuksessa, jonka satunnaiset magneettikentät voivat menettää.

MO-levyjen käyttöalueen määrää niiden korkea luotettavuus, tilavuus ja vaihto-ominaisuudet. MO-levyä tarvitaan tehtäviin, jotka vaativat paljon levytilaa. Nämä ovat tehtäviä, kuten äänen kuvankäsittely. Alhainen tiedonsaannin nopeus ei kuitenkaan mahdollista MO-levyjen käyttöä tehtäviin, joissa järjestelmä reagoi kriittiseen toimintaan. Siksi MO-levyjen käyttö tällaisissa tehtävissä rajoittuu tilapäisten tai varmuuskopiotietojen tallentamiseen niille. MO-levyille erittäin edullinen käyttökohde on kiintolevyjen tai tietokantojen varmuuskopiointi. Toisin kuin näihin tarkoituksiin perinteisesti käytetyt nauha-asemat, varmuuskopiotietojen tallentaminen MO-levyille nopeuttaa merkittävästi tietojen palautusta vian jälkeen. Tämä johtuu siitä, että MO-levyt ovat hajasaantilaitteita, joiden avulla voit palauttaa vain tiedot, jotka on todettu epäonnistuneen. Lisäksi tällä palautusmenetelmällä järjestelmää ei tarvitse pysäyttää kokonaan, ennen kuin tiedot on palautettu kokonaan. Nämä edut yhdistettynä tiedon tallennuksen korkeaan luotettavuuteen tekevät MO-levyjen käytöstä varmuuskopiointiin kannattavaa, vaikkakin kalliimpaa kuin streamerit.

MO-levyjen käyttö on suositeltavaa myös työskennellessäsi suuria määriä yksityistä tietoa. Helposti vaihdettavien levyjen avulla voit käyttää niitä vain työn aikana, ilman huolta tietokoneesi suojasta työajan ulkopuolella, tiedot voidaan tallentaa erilliseen, turvalliseen paikkaan. Sama ominaisuus tekee MO-levyistä välttämättömiä tilanteissa, joissa on tarpeen kuljettaa suuria määriä paikasta toiseen, esimerkiksi töistä kotiin ja takaisin.

MO-levyjen kehittämisen tärkeimmät näkymät liittyvät ensisijaisesti tiedontallennusnopeuden kasvuun. Hidas nopeus määräytyy ensisijaisesti kaksivaiheisen kirjoitusalgoritmin mukaan. Tässä algoritmissa nollia ja ykkösiä kirjoitetaan eri kierroksilla, koska magneettikenttä, joka määrittää levyn tiettyjen pisteiden polarisaatiosuunnan, ei voi muuttaa suuntaansa riittävän nopeasti.

Todellisin vaihtoehto kaksivaiheiselle tallennukselle on vaihemuutokseen perustuva tekniikka. Jotkut valmistajat ovat jo ottaneet käyttöön tällaisen järjestelmän. Polymeeriväreihin sekä magneettikentän ja lasersäteilyn tehon modulaatioihin liittyy useita muita tähän suuntaan liittyviä kehityssuuntia.

Vaiheenmuutosteknologia perustuu aineen kykyyn muuttua kiteisestä tilasta amorfiseen tilaan. Riittää, kun valaisee tietyn pisteen levyn pinnalla tietyn tehon lasersäteellä, koska aine siirtyy tässä kohdassa amorfiseen tilaan. Tämä muuttaa levyn heijastavuutta siinä vaiheessa. Tieto kirjoitetaan paljon nopeammin, mutta levyn pinta on epämuodostunut, mikä rajoittaa uudelleenkirjoitusjaksojen määrää.

Tällä hetkellä kehitetään tekniikkaa, jonka avulla voit muuttaa magneettikentän napaisuuden päinvastaiseksi vain muutamassa nanosekunnissa. Tämä mahdollistaa magneettikentän muuttamisen synkronisesti tallennettavien tietojen saapumisen kanssa. On myös lasersäteilyn modulaatioon perustuva tekniikka. Tässä tekniikassa asema toimii kolmessa tilassa: matalan intensiteetin lukutilassa, keskitehoisessa kirjoitustilassa ja korkean intensiteetin kirjoitustilassa. Lasersäteen intensiteetin modulointi vaatii monimutkaisempaa levyrakennetta ja levyasemamekanismin täydentämistä biasmagneetin eteen sijoitetulla alustusmagneetilla, jolla on päinvastainen napaisuus. Yksinkertaisimmassa tapauksessa levyllä on kaksi työkerrosta - alustus ja tallennus. Alustuskerros on valmistettu sellaisesta materiaalista, että alustusmagneetti voi muuttaa napaisuuttaan ilman ylimääräistä lasertoimintoa.

MO-levyt ovat tietysti lupaavia ja nopeasti kehittyviä laitteita, jotka voivat ratkaista esiin tulevia ongelmia suurilla tietomäärillä. Mutta niiden jatkokehitys ei riipu vain niihin tallennustekniikasta, vaan myös edistymisestä muiden tallennusvälineiden alalla. Ja jos tehokkaampaa tapaa tietojen tallentamiseen ei keksitä, MO-levyt ottavat todennäköisesti hallitsevan roolin.

Nykyaikaisessa lääketieteessä käytetään monia tieteen ja teknologian saavutuksia. Ne auttavat sairauksien varhaisessa diagnosoinnissa ja edistävät niitä onnistunut terapia. Lääkärit käyttävät aktiivisesti lasersäteilyn mahdollisuuksia toiminnassaan. Aallonpituudesta riippuen se voi vaikuttaa kehon kudoksiin eri tavoin. Siksi tutkijat ovat keksineet monia lääketieteellisiä monitoimilaitteita, joita käytetään laajalti kliinisessä käytännössä. Keskustellaan laserin ja säteilyn käytöstä lääketieteessä hieman yksityiskohtaisemmin.

Laserlääketiede kehittyy kolmella pääalueella: kirurgiassa, terapiassa ja diagnostiikassa. Lasersäteilyn vaikutus kudoksiin määräytyy emitterin säteilyalueen, aallonpituuden ja fotonienergian mukaan. Yleisesti ottaen kaikki lääketieteen laservaikutukset kehoon voidaan jakaa kahteen ryhmään

Matalaintensiteettinen lasersäteily;
- korkean intensiteetin lasersäteily.

Miten matalan intensiteetin lasersäteily vaikuttaa kehoon?

Altistuminen tällaiselle laserille voi aiheuttaa muutoksia biofysikaalisissa ja kemiallisissa prosesseissa kehon kudoksissa. Tällainen hoito johtaa myös aineenvaihdunnan muutoksiin ( aineenvaihduntaprosesseja) ja sen bioaktivaatio. Matalaintensiteettisen laserin vaikutus aiheuttaa morfologisia ja toiminnallisia muutoksia hermokudoksissa.

Lisäksi tämä vaikutus stimuloi sydän- ja verisuonijärjestelmää ja mikroverenkiertoa.
Toinen matalan intensiteetin laser lisää solujen ja kudosten ihoelementtien biologista aktiivisuutta, johtaa solunsisäisten prosessien aktivoitumiseen lihaksissa. Sen käyttö mahdollistaa redox-prosessien käynnistämisen.
Muun muassa tällä altistusmenetelmällä on myönteinen vaikutus kehon yleiseen vakauteen.

Mikä terapeuttinen vaikutus saavutetaan käyttämällä matalan intensiteetin lasersäteilyä?

Tämä hoitomenetelmä auttaa poistamaan tulehdusta, vähentämään turvotusta, poistamaan kipua ja aktivoimaan regeneraatioprosesseja. Lisäksi se stimuloi fysiologisia toimintoja ja immuunivastetta.

Missä tapauksissa lääkärit voivat käyttää matalan intensiteetin lasersäteilyä?

Tämä altistusmenetelmä on tarkoitettu potilaille, joilla on akuutteja ja kroonisia tulehdusprosesseja, joilla on erilainen sijainti, pehmytkudosvammat, palovammat, paleltumat ja ihosairaudet. On järkevää käyttää sitä ääreishermoston sairauksiin, tuki- ja liikuntaelimistön sairauksiin sekä moniin sydän- ja verisuonisairauksiin.

Myös matalan intensiteetin lasersäteilyä käytetään hengityselinten, ruoansulatuskanavan, urogenitaalinen järjestelmä, ENT-taudit ja immuunijärjestelmän häiriöt.

Tätä hoitomenetelmää käytetään laajalti hammaslääketieteessä: limakalvosairauksien korjaamisessa suuontelon, periodontaalinen sairaus ja TMJ (temporomandibulaarinen nivel).

Lisäksi tällaisella laserilla hoidetaan hampaiden koviin kudoksiin syntyneet ei-kariosiset leesiot, karies, pulpitis ja parodontiitti, kasvokipu, tulehdusleesiot ja kasvoleuan alueen vammat.

Korkean intensiteetin lasersäteilyn käyttö lääketieteessä

Korkean intensiteetin lasersäteilyä käytetään useimmiten kirurgiassa ja sen eri alueilla. Loppujen lopuksi korkean intensiteetin lasersäteilyn vaikutus auttaa leikkaamaan kudosta (toimii kuin laserveikkaus). Joskus sitä käytetään antiseptisen vaikutuksen aikaansaamiseen, hyytymiskalvon muodostamiseen ja suojaavan esteen muodostamiseen aggressiivisia vaikutuksia vastaan. Lisäksi tällaista laseria voidaan käyttää metalliproteesien ja erilaisten oikomislaitteiden hitsaukseen.

Miten korkean intensiteetin lasersäteily vaikuttaa kehoon?

Tämä altistusmenetelmä aiheuttaa kudosten lämpöpalovammoja tai johtaa niiden koaguloitumiseen. Se aiheuttaa haihtumista, palamista tai hiiltymistä vahingoittuneilla alueilla.

Kun käytetään korkean intensiteetin laservaloa

Tätä kehoon vaikuttamismenetelmää käytetään laajalti suoritettaessa erilaisia ​​​​kirurgisia toimenpiteitä urologian, gynekologian, oftalmologian, otolaryngologian, ortopedian, neurokirurgian jne.

Samaan aikaan laserkirurgialla on monia etuja:

Käytännössä verettömät leikkaukset;
- maksimaalinen aseptisuus (steriiliys);
- minimaaliset postoperatiiviset komplikaatiot;
- minimaalinen vaikutus viereisiin kudoksiin;
- lyhyt leikkauksen jälkeinen ajanjakso;
- korkean tarkkuuden;
- vähentää arpien muodostumisen todennäköisyyttä.

Laserdiagnostiikka

Tämä diagnostinen menetelmä on progressiivinen ja kehittyvä. Sen avulla voit tunnistaa monet vakavimmista sairauksista varhaisessa kehitysvaiheessa. On näyttöä siitä, että laserdiagnostiikka auttaa ihon, luukudoksen ja sisäelinten syövän havaitsemisessa. Sitä käytetään oftalmologiassa - kaihien havaitsemiseen ja sen vaiheen määrittämiseen. Lisäksi tätä tutkimusmenetelmää harjoittavat hematologit - verisolujen laadullisten ja kvantitatiivisten muutosten tutkimiseksi.

Laser määrittää tehokkaasti terveiden ja patologisten kudosten rajat, sitä voidaan käyttää yhdessä endoskooppisten laitteiden kanssa.

Säteilyn käyttö muun luonteen lääketieteessä

Lääkärit käyttävät laajasti erilaisia ​​sädetyyppejä terapiassa, diagnostiikassa ja ehkäisyssä. eri osavaltiot. Saat lisätietoja säteilyn käytöstä seuraamalla kiinnostavia linkkejä:

Röntgenkuvat lääketieteessä
- radioaallot
- lämpö- ja ionisoiva säteet
- ultraviolettisäteily lääketieteessä
- infrapunasäteily lääketieteessä

Lasersäteily lääketieteessä on pakotettu tai stimuloitu optinen aalto, jonka pituus on 10 nm - 1000 μm (1 μm = 1000 nm).

Lasersäteilyllä on:
- koherenssi - useiden samantaajuisten aaltoprosessien koordinoitu virtaus ajassa;
- monokromaattisuus - yksi aallonpituus;
- polarisaatio - aallon sähkömagneettisen kentän voimakkuusvektorin suuntauksen järjestys tasossa, joka on kohtisuorassa sen etenemistä vastaan.

Fyysinen ja fysiologinen toiminta lasersäteilyä

Lasersäteilyllä (LI) on fotobiologista aktiivisuutta. Kudosten biofysikaaliset ja biokemialliset reaktiot lasersäteilyyn ovat erilaisia ​​ja riippuvat säteilyfotonin alueesta, aallonpituudesta ja energiasta:

IR-säteily (1000 mikronia - 760 nm, fotonienergia 1-1,5 eV) tunkeutuu 40-70 mm syvyyteen, aiheuttaa värähtelyprosesseja - lämpövaikutus;
- näkyvä säteily (760-400 nm, fotonienergia 2,0-3,1 eV) tunkeutuu 0,5-25 mm:n syvyyteen, aiheuttaa molekyylien dissosiaatiota ja fotokemiallisten reaktioiden aktivoitumista;
- UV-säteily (300-100 nm, fotonienergia 3,2-12,4 eV) tunkeutuu 0,1-0,2 mm syvyyteen, aiheuttaa molekyylien dissosiaatiota ja ionisaatiota - fotokemiallinen vaikutus.

Matalaintensiteettisen lasersäteilyn (LILI) fysiologinen vaikutus toteutuu hermostollisesti ja humoraalisesti:

Muutokset biofysikaalisten ja kemiallisten prosessien kudoksissa;
- aineenvaihduntaprosessien muutos;
- aineenvaihdunnan muutos (bioaktivaatio);
- morfologiset ja toiminnalliset muutokset hermokudoksessa;
- sydämen stimulaatio verisuonijärjestelmä;
- mikroverenkierron stimulointi;
- lisää ihon solu- ja kudoselementtien biologista aktiivisuutta, aktivoi solunsisäisiä prosesseja lihaksissa, redox-prosesseja, myofibrillien muodostumista;
- lisää kehon vastustuskykyä.

Korkean intensiteetin lasersäteily (10,6 ja 9,6 µm) aiheuttaa:

Lämpökudoksen palovamma;
- biologisten kudosten koaguloituminen;
- hiiltyminen, palaminen, haihtuminen.

Matalaintensiteetin laserin (LILI) terapeuttinen vaikutus

Anti-inflammatorinen, vähentää kudosten turvotusta;
- kipulääke;
- korjaavien prosessien stimulointi;
- refleksogeeninen vaikutus - stimulaatio fysiologiset toiminnot;
- yleistynyt vaikutus - immuunivasteen stimulointi.

Korkean intensiteetin lasersäteilyn terapeuttinen vaikutus

Antiseptinen vaikutus, hyytymiskalvon muodostuminen, suojaava este myrkyllisiä aineita vastaan;
- kudosleikkaus (laserveikale);
- metalliproteesien, oikomislaitteiden hitsaus.

NILI-lukemat

Akuutit ja krooniset tulehdusprosessit;
- pehmytkudosvauriot;
- palovammat ja paleltumat;
- ihosairaudet;
- ääreishermoston sairaudet;
- tuki- ja liikuntaelinten sairaudet;
- sydän-ja verisuonitaudit;
- hengityselinten sairaudet;
- maha-suolikanavan sairaudet;
- virtsaelinten sairaudet;
- korvan, kurkun, nenän sairaudet;
- immuunijärjestelmän loukkaukset.

Indikaatioita lasersäteilylle hammaslääketieteessä

Suun limakalvon sairaudet;
- parodontaaliset sairaudet;
- hampaiden kovien kudosten ei-karioosivauriot ja karies;
- pulpitis, parodontiitti;
- kasvoleuan alueen tulehdus ja trauma;
- TMJ-taudit;
-kasvojen kipu.

Vasta-aiheet

Hyvä- ja pahanlaatuiset kasvaimet;
- raskaus enintään 3 kuukautta;
- tyrotoksikoosi, tyypin 1 diabetes, verisairaudet, hengitystoiminnan, munuaisten, maksan, verenkierron vajaatoiminta;
- kuumeiset tilat;
- mielisairaus;
- istutetun sydämentahdistimen läsnäolo;
- kouristavat tilat;
- yksilöllinen suvaitsemattomuus tekijälle.

Laitteet

Laserit ovat tekninen laite, joka lähettää säteilyä kapealla optisella alueella. Nykyaikaiset laserit luokiteltu:

Vaikuttavan aineen mukaan (indusoidun säteilyn lähde) - kiinteä, neste, kaasu ja puolijohde;
- aallonpituuden ja säteilyn mukaan - infrapuna, näkyvä ja ultravioletti;
- säteilyn voimakkuuden mukaan - matala- ja korkea-intensiteetti;
- säteilyn tuottomuodon mukaan - pulssi- ​​ja jatkuvatoiminen.

Laitteet on varustettu säteilevillä päillä ja erikoissuuttimilla - hammas-, peili-, akupunktio-, magneettisuuttimilla jne., jotka varmistavat hoidon tehokkuuden. Lasersäteilyn ja jatkuvan magneettikentän yhdistetty käyttö tehostaa terapeuttista vaikutusta. Kolmen tyyppisiä laserterapeuttisia laitteita valmistetaan pääasiassa sarjassa:

1) perustuu helium-neonlasereihin, jotka toimivat jatkuvassa säteilynmuodostustilassa aallonpituudella 0,63 μm ja lähtöteholla 1-200 mW:

ULF-01, "Yagoda"
- AFL-1, AFL-2
- Sukkula-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Platan-M1"
- "Atolli"
- ALOK-1 - laite veren lasersäteilytykseen

2) perustuu puolijohdelasereihin, jotka toimivat jatkuvassa säteilynmuodostuksessa aallonpituudella 0,67-1,3 μm ja lähtöteholla 1-50 mW:

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

3) perustuu puolijohdelasereihin, jotka toimivat pulssimuodossa säteilyn tuottamisessa aallonpituudella 0,8-0,9 μm, pulssiteholla 2-15 W:

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

Laite magnetoille laserhoitoa:

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

Lasersäteilyn tekniikka ja menetelmät

LI:n vaikutus tapahtuu vaurioon tai elimeen, segmentti-metameeriseen vyöhykkeeseen (kutaanisesti), biologisesti aktiiviseen kohtaan. Hoidon aikana syvä karies ja pulpitis biologinen menetelmä säteilytys suoritetaan kariesontelon pohjan ja hampaan kaulan alueella; parodontiitti - valonohjain työnnetään juurikanavaan, aiemmin mekaanisesti ja lääketieteellisesti käsiteltynä ja viedään hampaan juuren yläosaan.

Lasersäteilytysmenetelmä on vakaa, stabiili-skannaus tai skannaus, kosketus- tai etäkäyttö.

Annostelu

LI:n vasteet riippuvat annosteluparametreista:

Aallonpituus;
- metodologia;
- toimintatila - jatkuva tai pulssi;
- intensiteetti, tehotiheys (PM): matalan intensiteetin LI - pehmeää (1-2 mW) käytetään vaikuttamaan refleksogeenisiin vyöhykkeisiin; keskipitkä (2-30 mW) ja kova (30-500 mW) - patologisen fokuksen alueella;
- altistusaika yhdelle kentälle - 1-5 minuuttia, kokonaisaika on enintään 15 minuuttia. päivittäin tai joka toinen päivä;
- 3-10 toimenpiteen hoitojakso, joka toistetaan 1-2 kuukauden kuluttua.

Turvallisuus

Lääkärin ja potilaan silmät on suojattu lasilla SZS-22, SZO-33;
- et voi katsoa säteilyn lähdettä;
- kaapin seinien tulee olla mattapintaisia;
- paina "käynnistys"-painiketta, kun olet asentanut emitterin patologiseen fokukseen.

Sana LASER (Valon vahvistus stimuloidulla säteilyllä) on käännetty englannista nimellä Valon vahvistaminen stimuloimalla säteilyä. Einstein kuvasi laserin toiminnan jo vuonna 1917, mutta ensimmäisen toimivan laserin rakensi vasta 43 vuotta myöhemmin Theodor Meiman, joka työskenteli Hugres Aircraftissa. Saadakseen millisekunnin pulsseja lasersäteilystä hän käytti keinotekoista rubiinikidettä aktiivisena väliaineena. Laserin aallonpituus oli 694 nm. Jonkin ajan kuluttua kokeiltiin jo laseria, jonka aallonpituus oli 1060 nm, mikä on spektrin lähi-IR-alue. Neodyymillä seostetut lasisauvat toimivat aktiivisena väliaineena tässä laserissa.

Mutta laserilla ei tuolloin ollut käytännön sovellusta. Johtavat fyysikot etsivät hänelle tarkoitusta ihmisen toiminnan eri aloilla. Ensimmäiset kokeelliset kokeet laserilla lääketieteessä eivät olleet täysin onnistuneita. Lasersäteily näillä aalloilla absorboitui melko huonosti, tehoa ei ollut vielä mahdollista tarkasti ohjata. Kuitenkin 60-luvulla punainen rubiinilaser osoitti itsensä hyvin oftalmologiassa.

Lasereiden käytön historia lääketieteessä

Vuonna 1964 kehitettiin ja testattiin argonionilaser. Se oli cw-laser, jonka spektri oli sinivihreä ja aallonpituus 488 nm. Tämä on kaasulaser ja sen tehoa oli helpompi hallita. Hemoglobiini absorboi säteilynsä hyvin. Myöhemmin lyhyt aika Argonlaseriin perustuvia laserjärjestelmiä alkoi ilmestyä, mikä auttoi verkkokalvon sairauksien hoidossa.

Saman 64 vuoden aikana Bellin laboratoriossa kehitettiin neodyymi-seostettu yttrium-alumiinigranaattilaser () ja. CO2 on kaasulaser, jonka säteily on jatkuvaa ja jonka aallonpituus on 1060 nm. Vesi imee säteilynsä erittäin hyvin. Ja koska ihmisen pehmytkudokset koostuvat pääasiassa vedestä, CO2-laserista on tullut hyvä vaihtoehto perinteiselle skalpellille. Kun tätä laseria käytetään kudoksen leikkaamiseen, verenhukka minimoidaan. 1970-luvulla hiilidioksidilasereita käytettiin laajasti USA:n laitosten sairaaloissa. Laserveitsen tuolloinen sovellusalue: gynekologia ja otolaryngologia.

Vuosi 1969 oli ensimmäisen pulssivärilaserin kehittämisen vuosi, ja jo vuonna 1975 ilmestyi ensimmäinen eksimeerilaser. Siitä lähtien laseria on käytetty aktiivisesti ja otettu käyttöön eri toiminta-aloilla.

Lasereita lääketieteessä alettiin käyttää laajalti 80-luvulla sairaaloissa ja klinikoilla Yhdysvalloissa. Pääosin sitten käytettiin hiilidioksidi- ja argonlasereita ja niitä käytettiin kirurgiassa ja silmätautien hoidossa. Tuon ajan lasereiden haittoja voidaan kirjoittaa, että niissä oli jatkuva jatkuva säteily, mikä sulki pois mahdollisuuden tarkempaan työhön, mikä johti lämpövaurioihin käsitellyn alueen ympärillä oleville kudoksille. Lasertekniikan onnistunut soveltaminen vaati siihen aikaan valtavaa kokemusta.

Seuraava askel lääketieteen laserteknologian kehityksessä oli pulssilaserin keksintö. Tällainen laser antoi mahdollisuuden toimia yksinomaan ongelma-alueella vahingoittamatta ympäröiviä kudoksia. Ja 80-luvulla ensimmäinen ilmestyi. Tästä alkoi laserien käyttö kosmetologiassa. Tällaiset laserjärjestelmät voivat poistaa kapillaarihemangioomia ja syntymämerkkejä. Hieman myöhemmin pystyvät laserit ilmestyivät. Nämä olivat Q-kytkettyjä lasereita (Q-switched lser).

1990-luvun alussa kehitettiin ja otettiin käyttöön skannaustekniikoita. Laserkäsittelyn tarkkuutta ohjattiin nyt tietokoneella ja tuli mahdolliseksi suorittaa laserihon pinnoitus (), mikä lisäsi suuresti ja.

Nykyään lasereiden käyttöalue lääketieteessä on hyvin laaja. Näitä ovat kirurgia, oftalmologia, hammaslääketiede, neurokirurgia, kosmetologia, urologia, gynekologia, kardiologia jne. Voit kuvitella, että joskus laser oli vain hyvä vaihtoehto skalpellille, mutta nykyään sillä voidaan poistaa syöpäsoluja, tehdä erittäin tarkkoja leikkauksia eri elimille ja diagnosoida vakavia sairauksia varhaisessa vaiheessa, kuten syöpää. Nyt lääketieteen laserteknologiat ovat siirtymässä kohti yhdistettyjen hoitomenetelmien kehittämistä, kun laserhoidon ohella käytetään fysioterapiaa, lääkkeitä ja ultraääntä. Esimerkiksi märkivien sairauksien hoidossa on kehitetty toimenpidekokonaisuus, joka sisältää laserhoidon, antioksidanttien ja erilaisten biologisesti aktiivisten materiaalien käytön.

Laserteknologian ja lääketieteen tulee kulkea käsi kädessä tulevaisuudessa. Jopa tänään viimeisin kehitys laserlääketieteessä auttaa poistamaan syöpäkasvaimet käytetään kehon korjauksessa kosmetologiassa ja näön korjauksessa silmätautien alalla. Minimaaliinvasiivinen leikkaus, kun laserilla tehdään erittäin monimutkaisia ​​operaatioita.

Lisäinformaatio:

Valoa on käytetty useiden sairauksien hoitoon ikimuistoisista ajoista lähtien. Muinaiset kreikkalaiset ja roomalaiset "ottivat aurinkoa" usein lääkkeeksi. Ja luettelo sairauksista, joiden katsottiin olevan valolla hoidettavia, oli melko suuri.

Valoterapian todellinen aamunkoitto tuli 1800-luvulla - sähkölamppujen keksimisen myötä ilmestyi uusia mahdollisuuksia. Lopussa 1800-luvulla He yrittivät hoitaa isorokkoa ja tuhkarokkoa punaisella valolla asettamalla potilaan erityiseen kammioon, jossa oli punaiset säteilijät. Myös erilaisia ​​"värikylpyjä" (eli erivärisiä valoja) on käytetty menestyksekkäästi mielenterveyssairauksien hoitoon. Lisäksi 1900-luvun alkuun mennessä johtava asema valoterapian alalla oli Venäjän valtakunnan vallassa.

60-luvun alussa ilmestyivät ensimmäiset laserlääketieteelliset laitteet. Nykyään laserteknologiaa käytetään lähes kaikissa sairauksissa.

1. Lasertekniikan käytön fyysiset perusteet lääketieteessä

1.1 Kuinka laser toimii

Laserit perustuvat stimuloidun emission ilmiöön, jonka olemassaolon olettaa A. Einstein vuonna 1916. Kvanttijärjestelmissä, joissa on erilliset energiatasot, energiatilojen välillä on kolmenlaisia ​​siirtymiä: indusoidut siirtymät, spontaanit siirtymät ja ei-säteilyrelaksaatio siirtymät. Stimuloidun emission ominaisuudet määräävät emission ja vahvistuksen koherenssia kvanttielektroniikassa. Spontaani emissio aiheuttaa melun läsnäolon, toimii siemenimpulssina värähtelyjen vahvistus- ja viritysprosessissa, ja sillä on yhdessä ei-säteilyttävien relaksaatiosiirtymien kanssa tärkeä rooli termodynaamisesti epätasapainoisen säteilytilan saavuttamisessa ja ylläpitämisessä.

Indusoiduilla siirtymillä kvanttijärjestelmä voidaan siirtää energiatilasta toiseen sekä sähkömagneettisen kentän energian absorption (siirtymä alemmalta energiatasolta ylemmälle) että sähkömagneettisen energian emission (siirtymä ylemmältä tasolta alempi).

Valo etenee sähkömagneettisen aallon muodossa, kun taas energia säteilyn emission ja absorption aikana keskittyy valokvantteihin, kun taas sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutus aineen kanssa, kuten Einstein osoitti vuonna 1917, yhdessä absorption ja spontaanin emission kanssa stimuloi. (indusoitu) säteily, joka muodostaa perustan laserien kehitykselle.

Sähkömagneettisten aaltojen vahvistuminen stimuloidusta emissiosta tai sähkömagneettisen säteilyn itseherättyneiden värähtelyjen alkamisesta senttimetriaaltoalueella ja siten laitteen ns. maser(mikroaaltovahvistus stimuloidulla säteilyemissiolla) otettiin käyttöön vuonna 1954. Sen jälkeen kun ehdotus (1958) laajentaa tämä vahvistusperiaate koskemaan paljon lyhyempiä valoaaltoja, vuonna 1960 ensimmäinen laser(valon vahvistus stimuloidulla säteilyemissiolla).

Laser on valonlähde, jolla saadaan aikaan koherenttia sähkömagneettista säteilyä, joka on meille tuttua radiotekniikasta ja mikroaaltotekniikasta sekä lyhytaaltoisista, erityisesti infrapuna- ja näkyvästä spektrialueesta.

1.2 Laserityypit

Olemassa olevat lasertyypit voidaan luokitella useiden kriteerien mukaan. Ensinnäkin aktiivisen väliaineen aggregaatiotilan mukaan: kaasu, neste, kiinteä. Jokainen näistä suurista luokista on jaettu pienempiin: aktiivisen väliaineen ominaispiirteiden, pumppaustyypin, inversion luomismenetelmän ja niin edelleen mukaan. Esimerkiksi solid-state lasereista erottuu melko selkeästi laaja puolijohdelaserien luokka, jossa ruiskupumppausta käytetään laajimmin. Kaasulasereista erotetaan atomi-, ioni- ja molekyylilaserit. Erityinen paikka kaikkien muiden lasereiden joukossa on vapaaelektronilaserilla, joka perustuu klassiseen valontuotantoon, joka syntyy relativistisesti varautuneiden hiukkasten avulla tyhjiössä.

1.3 Lasersäteilyn ominaisuudet

Lasersäteily eroaa tavanomaisista valonlähteistä seuraavien ominaisuuksien osalta:

Korkea spektrienergiatiheys;

yksivärinen;

Korkea ajallinen ja alueellinen koherenssi;

Lasersäteilyn intensiteetin korkea vakaus paikallaan olevassa tilassa;

Kyky tuottaa erittäin lyhyitä valopulsseja.

Nämä lasersäteilyn erityisominaisuudet tarjoavat sille erilaisia ​​sovelluksia. Ne määräytyvät pääasiassa stimuloidun säteilyn aiheuttaman säteilyn synnyttämisen perusteella, mikä eroaa olennaisesti tavanomaisista valonlähteistä.

Laserin pääominaisuudet ovat: aallonpituus, teho ja toimintatapa, joka voi olla jatkuva tai pulssimainen.

Lasereita käytetään laajalti lääketieteellisessä käytännössä, pääasiassa kirurgiassa, onkologiassa, silmätaudissa, dermatologiassa, hammaslääketieteessä ja muilla aloilla. Lasersäteilyn vuorovaikutusmekanismi biologinen esine ei ole vielä täysin tutkittu, mutta voidaan todeta, että kudossolujen kanssa tapahtuu joko lämpövaikutuksia tai resonanssivuorovaikutuksia.

Laserhoito on turvallista, se on erittäin tärkeää ihmisille, jotka ovat allergisia lääkkeille.

2. Lasersäteilyn ja biologisten kudosten vuorovaikutusmekanismi

2.1 Vuorovaikutuksen tyypit

Tärkeä lasersäteilyn ominaisuus leikkausta varten on kyky koaguloida veren kyllästettyä (vaskularisoitunutta) biologista kudosta.

Enimmäkseen, hyytymistä johtuu lasersäteilyn imeytymisestä vereen, sen voimakkaasta kuumenemisesta kiehumispisteeseen ja verihyytymien muodostumisesta. Siten imeytyvä kohde hyytymisen aikana voi olla hemoglobiini tai veren vesikomponentti. Tämä tarkoittaa, että oranssinvihreän spektrin lasersäteily (KTP-laser, kuparihöyry) ja infrapunalaserit (neodyymi, holmium, erbium lasissa, CO2-laser) koaguloivat biologista kudosta hyvin.

Kuitenkin erittäin korkealla absorptiolla biologisessa kudoksessa, kuten esimerkiksi erbiumgranaattilaserilla, jonka aallonpituus on 2,94 μm, lasersäteily absorboituu 5–10 μm:n syvyydessä, eikä se välttämättä saavuta kohdetta - kapillaaria. .

Kirurgiset laserit on jaettu kahteen osaan suuria ryhmiä: ablatiivi(latinasta ablatio - "vieminen"; lääketieteessä - kirurginen poisto, amputaatio) ja ei-ablatiivi laserit. Ablatiiviset laserit ovat lähempänä skalpellia. Ei-ablatiiviset laserit toimivat eri periaatteella: kun esine, esimerkiksi syylä, papillooma tai hemangiooma on käsitelty sellaisella laserilla, tämä esine pysyy paikallaan, mutta jonkin ajan kuluttua siihen kulkee sarja biologisia vaikutuksia ja se kuolee. Käytännössä se näyttää tältä: kasvain muumioituu, kuivuu ja katoaa.

Leikkauksessa käytetään jatkuvatoimisia CO2-lasereita. Periaate perustuu lämpövaikutukseen. Laserkirurgian etuja ovat, että se on kosketukseton, käytännössä veretön, steriili, paikallinen, mahdollistaa viillontuntuneen kudoksen tasaisen paranemisen ja siten hyvät kosmeettiset tulokset.

Onkologiassa havaittiin, että lasersäteellä on tuhoisa vaikutus kasvainsoluihin. Tuhoamismekanismi perustuu lämpövaikutukseen, jonka vuoksi pinnan ja pinnan välillä on lämpötilaero sisäosat Tämä johtaa voimakkaisiin dynaamisiin vaikutuksiin ja kasvainsolujen tuhoutumiseen.

Nykyään sellainen suunta kuin fotodynaaminen terapia on myös erittäin lupaava. Tämän menetelmän kliinisestä soveltamisesta on monia artikkeleita. Sen olemus on siinä, että potilaan kehoon tuodaan erityinen aine - valolle herkistävä aine. Syöpäkasvain kerää tämän aineen selektiivisesti. Kun kasvain on säteilytetty erityisellä laserilla, tapahtuu sarja fotokemiallisia reaktioita hapen vapautuessa, mikä tappaa syöpäsoluja.

Yksi menetelmistä altistua lasersäteilylle kehossa on suonensisäisesti lasersäteilytys verta(ILBI), jota käytetään tällä hetkellä menestyksekkäästi kardiologiassa, pulmonologiassa, endokrinologiassa, gastroenterologiassa, gynekologiassa, urologiassa, anestesiologiassa, dermatologiassa ja muilla lääketieteen aloilla. Asian syvällinen tieteellinen tutkimus ja tulosten ennustettavuus edistävät ILBI:n käyttöä sekä itsenäisesti että yhdessä muiden hoitomenetelmien kanssa.

ILBI:ssä lasersäteilyä käytetään yleensä spektrin punaisella alueella.
(0,63 mikronia) teholla 1,5-2 mW. Hoito suoritetaan päivittäin tai joka toinen päivä; per kurssi 3-10 istuntoa. Useimpien sairauksien altistusaika on aikuisilla 15-20 minuuttia ja lapsilla 5-7 minuuttia. Laskimonsisäistä laserhoitoa voidaan suorittaa melkein missä tahansa sairaalassa tai klinikalla. Avohoidon laserhoidon etuna on vähentää sairaalainfektion kehittymisen mahdollisuutta, luodaan hyvä psykoemotionaalinen tausta, jonka avulla potilas voi säilyttää työkykynsä pitkään toimenpiteiden suorittamisen ja täyden hoidon aikana.

Oftalmologiassa lasereita käytetään sekä hoitoon että diagnoosiin. Laserin avulla verkkokalvo hitsataan, silmän suonikalvon suonet hitsataan. Glaukooman hoidon mikrokirurgiassa käytetään spektrin sinivihreällä alueella säteileviä argonlasereita. Eksimeerilasereita on käytetty menestyksekkäästi näönkorjaukseen jo pitkään.

Dermatologiassa lasersäteilyä käytetään monien vakavien ja kroonisten ihosairauksien hoitoon sekä tatuointien poistoon. Kun säteilytetään laserilla, regeneratiivinen prosessi aktivoituu, soluelementtien vaihto aktivoituu.

Lasereiden käytön perusperiaate kosmetologiassa on, että valo vaikuttaa vain esineeseen tai aineeseen, joka absorboi sitä. Ihossa valo imeytyy erityisiin aineisiin - kromoforeihin. Jokainen kromofori absorboi tietyllä aallonpituusalueella, esimerkiksi oranssilla ja vihreällä spektrillä se on veren hemoglobiinia, punaisella spektrillä se on hiusten melaniinia ja infrapunaspektrillä se on soluvettä.

Kun säteily imeytyy, lasersäteen energia muuttuu lämmöksi kromoforin sisältävällä ihoalueella. Riittävällä lasersäteen teholla tämä johtaa kohteen termiseen tuhoutumiseen. Siten laserin avulla voidaan valikoivasti vaikuttaa esimerkiksi hiusjuuriin, ikääntymiseen ja muihin ihovaurioihin.

Lämmönsiirrosta johtuen myös viereiset alueet lämpenevät, vaikka niissä olisi vähän valoa absorboivia kromoforeja. Lämmön absorptio- ja siirtoprosessit riippuvat kohteen fysikaalisista ominaisuuksista, sen syvyydestä ja koosta. Siksi laserkosmetologiassa on tärkeää valita huolellisesti paitsi aallonpituus, myös laserpulssien energia ja kesto.

Hammaslääketieteessä lasersäteily on tehokkain fysioterapiahoito parodontaalin ja suun limakalvosairauksien hoidossa.

Akupunktion sijaan käytetään lasersädettä. Lasersäteen käytön etuna on se, ettei biologiseen esineeseen joudu kosketuksiin, ja näin ollen prosessi on steriili ja kivuton ja tehokas.

Laserkirurgian valonohjausinstrumentit ja katetrit on suunniteltu tuottamaan voimakasta lasersäteilyä leikkauskohtaan avoimien, endoskooppisten ja laparoskooppisten leikkausten aikana urologiassa, gynekologiassa, gastroenterologiassa, yleiskirurgia, artroskopia, ihotauti. Ne mahdollistavat kudosten leikkaamisen, leikkauksen, abloinnin, höyrystymisen ja koaguloinnin kirurgisten toimenpiteiden aikana kosketuksissa biologiseen kudokseen tai kosketuksettomassa levitystavassa (kun kuidun pää poistetaan biologisesta kudoksesta). Säteilyn ulostulo voidaan suorittaa sekä kuidun päästä että kuidun sivupinnalla olevan ikkunan kautta. Niitä voidaan käyttää sekä ilmassa (kaasu) että vedessä (neste) ympäristöissä. Erilliseen tilaukseen, käytön helpottamiseksi katetrit on varustettu helposti irrotettavalla kahvalla - valoohjaimen pidikkeellä.

Diagnostiikassa lasereita käytetään erilaisten epähomogeenisuuksien (kasvaimet, hematoomat) havaitsemiseen ja elävän organismin parametrien mittaamiseen. Diagnostisten toimenpiteiden perusteet rajoittuvat lasersäteen johtamiseen potilaan kehon (tai jonkin hänen elimensä) läpi ja diagnoosin tekemiseen läpäisevän tai heijastuneen säteilyn spektrin tai amplitudin perusteella. Menetelmiä tunnetaan syöpäkasvainten havaitsemiseksi onkologiassa, hematoomien havaitsemiseksi traumatologiassa sekä veriparametrien (melkein minkä tahansa, verenpaineesta sokeriin ja happeen) mittaamiseen.

2.2 Laservuorovaikutuksen erityispiirteet eri säteilyparametreille

Leikkausta varten lasersäteen tulee olla riittävän tehokas lämmittämään biologinen kudos yli 50 - 70 °C, mikä johtaa sen koaguloitumiseen, leikkautumiseen tai haihtumiseen. Siksi laserkirurgiassa, kun puhutaan tietyn laitteen lasersäteilyn tehosta, ne toimivat numeroilla, jotka osoittavat yksiköitä, kymmeniä ja satoja watteja.

Kirurgiset laserit ovat sekä jatkuvia että pulssitoimisia aktiivisen väliaineen tyypistä riippuen. Perinteisesti ne voidaan jakaa kolmeen ryhmään tehotason mukaan.

1. Koagulointi: 1 - 5W.

2. Höyrystys ja matala leikkaus: 5 - 20 wattia.

3. Syväleikkaus: 20 - 100W.

Jokaiselle lasertyypille on ensisijaisesti tunnusomaista sen aallonpituus. Aallonpituus määrittää lasersäteilyn absorptioasteen biokudoksessa ja siten sekä kirurgisen toimenpiteen alueen että ympäröivän kudoksen tunkeutumissyvyyden ja kuumenemisasteen.

Koska vettä on lähes kaikentyyppisissä biologisissa kudoksissa, voidaan sanoa, että leikkaukseen on parempi käyttää sellaista laseria, jonka säteilyn absorptiokerroin vedessä on yli 10 cm-1 tai mikä on sama, jonka tunkeutumissyvyys ei ylitä 1 mm.

Muita kirurgisten lasereiden tärkeitä ominaisuuksia,
määritetään niiden käyttö lääketieteessä:

säteilyteho;

jatkuva tai pulssikäyttö;

kyky koaguloida veren kyllästettyä biologista kudosta;

mahdollisuus siirtää säteilyä optisen kuidun kautta.

Kun lasersäteilyä kohdistetaan biologiseen kudokseen, se ensin lämpenee ja sitten haihtuu. Biologisen kudoksen tehokas leikkaaminen vaatii toisaalta nopean haihtumisen leikkauskohdassa ja toisaalta minimaalista samanaikaista ympäröivien kudosten kuumenemista.

Samalla keskimääräisellä säteilyteholla lyhyt pulssi lämmittää kudosta nopeammin kuin jatkuva säteily, ja samalla lämmön jakautuminen ympäröiviin kudoksiin on minimaalista. Mutta jos pulsseilla on alhainen toistotaajuus (alle 5 Hz), jatkuvaa viiltoa on vaikea tehdä, se on enemmän kuin rei'itys. Siksi laseria tulisi mieluiten pulssittaa pulssin toistotaajuudella, joka on suurempi kuin 10 Hz ja pulssin keston mahdollisimman lyhyt korkean huipputehon saavuttamiseksi.

Käytännössä optimaalinen lähtöteho leikkaukseen on välillä 15-60 W laserin aallonpituudesta ja sovelluksesta riippuen.

3. Lupaavat lasermenetelmät lääketieteessä ja biologiassa

Laserlääketieteen kehitys kulkee kolmella päähaaralla: laserkirurgia, laserhoito ja laserdiagnostiikka. Lasersäteen ainutlaatuiset ominaisuudet mahdollistavat aiemmin mahdottomien toimintojen suorittamisen uusilla tehokkailla ja minimaalisesti invasiivisilla menetelmillä.

Kasvava kiinnostus huumeettomia menetelmiä hoito, mukaan lukien fysioterapia. Usein syntyy tilanteita, joissa ei ole tarpeen suorittaa yhtä fysioterapiaa, vaan useita, ja sitten potilaan on siirryttävä hytistä toiseen, pukeuduttava ja riisuttava useita kertoja, mikä aiheuttaa lisäongelmia ja ajanhukkaa.

Terapeuttisten vaikutusmenetelmien moninaisuus edellyttää lasereiden käyttöä erilaisilla säteilyparametreilla. Näihin tarkoituksiin käytetään erilaisia ​​emittoivia päitä, jotka sisältävät yhden tai useamman laserin ja elektronisen rajapinnan ohjaussignaaleja varten perusyksiköstä laserin kanssa.

Emittointipäät on jaettu universaaleihin, joten niitä voidaan käyttää sekä ulkoisesti (peili- ja magneettisuuttimien avulla) että onkalonsisäisesti erityisillä optisilla suuttimilla; matriisi, jolla on suuri säteilyalue ja jota sovelletaan pinnallisesti, sekä erikoistunut. Erilaisten optisten suuttimien avulla voit toimittaa säteilyä halutulle vaikutusalueelle.

Lohkoperiaate mahdollistaa laajan valikoiman laser- ja LED-päitä, joilla on erilaiset spektri-, aika- ja energiaominaisuudet, mikä puolestaan ​​nostaa hoidon tehokkuuden laadullisesti uudelle tasolle erilaisten laserhoitojen yhdistetyn toteutuksen ansiosta. tekniikat. Hoidon tehokkuus määräytyy ensisijaisesti tehokkaiden menetelmien ja laitteiden avulla, jotka varmistavat niiden toteuttamisen. Nykyaikaiset tekniikat edellyttävät kykyä valita erilaisia ​​altistusparametreja (säteilytila, aallonpituus, teho) laajalla alueella. Laserterapialaitteen (ALT) tulee tarjota nämä parametrit, niiden luotettava ohjaus ja näyttö, ja samalla sen on oltava yksinkertainen ja kätevä käyttää.

4. Käytetyt laserit lääketieteellinen teknologia

4.1 CO2 laserit

CO2 laser, eli laser, jonka aktiivisen väliaineen emittoiva komponentti on hiilidioksidi CO2, on erityinen paikka olemassa olevien lasereiden joukossa. Tämä ainutlaatuinen laser erottuu ensisijaisesti siitä, että sille on ominaista sekä suuri energiateho että korkea hyötysuhde. Jatkuvassa tilassa saatiin valtavia tehoja - useita kymmeniä kilowatteja, pulssiteho saavutti useiden gigawattien tason, pulssienergia mitataan kilojouleina. CO2-laserin hyötysuhde (noin 30 %) ylittää kaikkien lasereiden tehokkuuden. Toistotaajuus toistuvasti pulssitilassa voi olla useita kilohertsejä. CO2-lasersäteilyn aallonpituudet ovat alueella 9-10 µm (IR-alue) ja kuuluvat ilmakehän läpinäkyvyysikkunaan. Siksi CO2-lasersäteily sopii intensiiviseen aineeseen. Lisäksi monien molekyylien resonanssiabsorptiotaajuudet ovat CO2-laserin emissiopituuksien alueella.

Kuvassa 1 esitetään elektronisen perustilan alemmat värähtelytasot sekä symbolinen esitys CO2-molekyylin värähtelymuodosta.

Kuva 20 - CO2-molekyylin alemmat tasot

CO2-laserin laserpumppaussykli paikallaan olevissa olosuhteissa on seuraava. Hehkupurkausplasman elektronit virittävät typpimolekyylejä, jotka siirtävät viritysenergian CO2-molekyylien epäsymmetriseen venytysvärähtelyyn, jolla on iso aika elämää ja ylemmän lasertason olemista. Alempi lasertaso on yleensä symmetrisen venytysvärähtelyn ensimmäinen virittynyt taso, joka on vahvasti kytketty Fermi-resonanssilla taivutusvärähtelyyn ja rentoutuu tämän vuoksi nopeasti yhdessä tämän värähtelyn kanssa törmäyksissä heliumin kanssa. Ilmeisesti sama relaksaatiokanava on tehokas, kun deformaatiomoodin toinen viritetty taso on alempi lasertaso. Siten CO2-laser on hiilidioksidin, typen ja heliumin seoslaser, jossa CO2 tuottaa säteilyä, N2 pumppaa ylempää tasoa ja He kuluttaa alemman tason.

Keskitehoiset CO2-laserit (kymmeniä - satoja watteja) suunnitellaan erikseen suhteellisen pitkiksi putkiksi, joissa on pituussuuntainen purkaus ja pitkittäinen kaasukierto. Tyypillinen tällaisen laserin rakenne on esitetty kuvassa 2. Tässä 1 on purkausputki, 2 ovat rengaselektrodeja, 3 on väliaineen hidas uusiutuminen, 4 on purkausplasma, 5 on ulkoputki, 6 on jäähdytys käynnissä vesi, 7.8 on resonaattori.

Kuva 20 - Diffuusiojäähdytetyn CO2-laserin kaavio

Pitkittäinen pumppaus poistaa kaasuseoksen dissosiaatiotuotteet poistossa. Työkaasun jäähtyminen tällaisissa järjestelmissä johtuu diffuusiosta ulkopuolelta jäähdytetyn poistoputken seinämään. Seinämateriaalin lämmönjohtavuus on oleellista. Tästä näkökulmasta katsottuna on suositeltavaa käyttää korundi (Al2O3) tai beryllium (BeO) keramiikkaa valmistettuja putkia.

Elektrodit on tehty renkaaksi, eivätkä ne estä säteilyä. Joulen lämpö siirtyy lämmön johtumisen kautta putken seiniin, ts. diffuusiojäähdytystä käytetään. Kuuro peili on valmistettu metallista, läpikuultava NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Vaihtoehto diffuusiojäähdytykselle on konvektiojäähdytys. Työkaasu puhalletaan poistoalueen läpi suurella nopeudella ja joulen lämpö poistetaan purkauksella. Nopean pumppauksen käyttö mahdollistaa energian vapautumisen ja energian poiston tiheyden lisäämisen.

Lääketieteessä CO2-laseria käytetään lähes yksinomaan "optisena skalpellina" leikkaukseen ja höyrystykseen kaikissa kirurgisissa toimenpiteissä. Fokusoidun lasersäteen leikkaustoiminta perustuu solunsisäisen ja solunulkoisen veden räjähdysmäiseen haihtumiseen fokusalueella, jonka seurauksena materiaalin rakenne tuhoutuu. Kudosten tuhoutuminen johtaa haavan reunojen tyypilliseen muotoon. Ahtaasti rajatulla vuorovaikutusalueella 100 °C lämpötila ylittyy vain, kun dehydraatio (haihtuva jäähdytys) saavutetaan. Lämpötilan nousu edelleen johtaa materiaalin poistamiseen hiiltymällä tai haihtumalla kudos. Suoraan reunavyöhykkeille muodostuu ohut 30-40 mikronia paksu nekroottinen paksuneminen yleisen huonon lämmönjohtavuuden vuoksi. 300-600 mikronin etäisyydellä kudosvaurioita ei enää muodostu. Hyytymisvyöhykkeellä verisuonet, joiden halkaisija on 0,5-1 mm, sulkeutuvat spontaanisti.

CO2-laseriin perustuvia kirurgisia laitteita on tällä hetkellä tarjolla melko laajasti. Lasersäteen ohjaus tapahtuu useimmissa tapauksissa saranoitujen peilien järjestelmän (manipulaattorin) avulla, joka päättyy sisäänrakennetulla tarkennusoptiikalla varustettuun instrumenttiin, jota kirurgi käsittelee leikatulla alueella.

4.2 Helium-neonlaserit

SISÄÄN helium neon laser työaine on neutraaleja neonatomeja. Herätys suoritetaan sähköpurkauksella. Puhtaassa neonissa on vaikeaa luoda inversiota jatkuvassa tilassa. Tämä monissa tapauksissa melko yleinen vaikeus voidaan voittaa lisäämällä purkauskaasuun, heliumiin, joka toimii viritysenergian luovuttajana. Heliumin kahden ensimmäisen virittyneen metastabiilin tason energiat (kuva 3) ovat melko täsmälleen samat kuin neonin 3s- ja 2s-tason energiot. Siksi ehdot resonanssiherätyksen siirrolle kaavion mukaisesti

Kuva 20 - He-Ne lasertasokaavio

Oikein valituilla ehdon mukaisilla neon- ja heliumpaineilla

on mahdollista saavuttaa toisen tai molempien 3s- ja 2s-tason populaatio, joka on paljon korkeampi kuin puhtaan neonin tapauksessa, ja saada populaation inversio.

Alempien lasertasojen ehtyminen tapahtuu törmäysprosesseissa, mukaan lukien törmäykset kaasupurkausputken seiniin.

Helium- (ja neon-) atomit virittyvät pienivirtaisessa hehkupurkauksessa (kuva 4). Neutraaleihin atomeihin tai molekyyleihin perustuvissa CW-lasereissa käytetään useimmiten aktiivisen väliaineen luomiseen positiivisen hehkupurkauskolonnin heikosti ionisoitua plasmaa. Hehkupurkausvirran tiheys on 100-200 mA/cm2. Pituussuuntaisen sähkökentän intensiteetti on sellainen, että yhdessä purkausraon segmentissä syntyvien elektronien ja ionien lukumäärä kompensoi varautuneiden hiukkasten häviämisen niiden diffuusion aikana kaasupurkausputken seinämiin. Tällöin positiivinen purkauskolonni on paikallaan ja homogeeninen. Elektronin lämpötila määräytyy kaasun paineen ja putken sisähalkaisijan tulon perusteella. Pienillä arvoilla elektronin lämpötila on korkea, suurilla arvoilla se on alhainen. Arvon pysyvyys määrää päästöjen samankaltaisuuden ehdot. Elektronien lukumäärän vakiotiheydellä purkausten olosuhteet ja parametrit pysyvät ennallaan, jos tuote pysyy muuttumattomana. Positiivisen kolonnin heikosti ionisoidussa plasmassa olevien elektronien lukumäärätiheys on verrannollinen virrantiheyteen.

Helium-neonlaserin optimaaliset arvot sekä kaasuseoksen osittainen koostumus ovat jonkin verran erilaisia ​​eri spektrialueille.

Alueella 0,63 μm sarjan intensiivisin viivoista - viiva (0,63282 μm) vastaa optimaalista Torx mm.

Kuva 20 - He-Ne laserin rakennekaavio

Helium-neonlaserien säteilytehon tyypillisiksi arvoiksi tulee katsoa kymmeniä milliwatteja 0,63 ja 1,15 μm:n alueilla ja satoja 3,39 μm:n alueella. Lasereiden käyttöikää rajoittavat purkausprosessit ja se lasketaan vuosissa. Ajan myötä kaasun koostumus häiriintyy purkauksessa. Seinissä ja elektrodeissa olevien atomien sorptiosta johtuen "kovettuminen" tapahtuu, paine laskee ja He:n ja Ne:n osapaineiden suhde muuttuu.

Helium-neonlaserin suunnittelun suurin lyhytaikainen vakaus, yksinkertaisuus ja luotettavuus saavutetaan, kun resonaattoripeilit asennetaan purkausputken sisään. Kuitenkin tällaisella järjestelyllä peilit vioittuvat suhteellisen nopeasti johtuen varautuneiden hiukkasten purkausplasman pommituksesta. Tästä syystä on yleistynyt malli, jossa kaasupurkausputki sijoitetaan resonaattorin sisään (kuva 5) ja sen päissä on Brewsterin kulmassa optiseen akseliin nähden sijoitetut ikkunat, mikä varmistaa säteilyn lineaarisen polarisaation. Tällaisella järjestelyllä on useita etuja - resonaattoripeilien kohdistus yksinkertaistuu, kaasupurkausputken ja peilien käyttöikä kasvaa, niiden vaihtaminen helpottuu, resonaattorin ohjaaminen ja dispersiivisen resonaattorin käyttö on mahdollista, valitse tilat jne.

Kuva 20 - He-Ne-laserontelo

Vaihto sukupolvikaistojen välillä (kuva 6) viritettävässä helium-neonlaserisessa saadaan yleensä aikaan prismalla, ja generointilinjan hienosäätöön käytetään yleensä diffraktiohilaa.

Kuva 20 - Litrow-prisman käyttäminen

4.3 YAG-laserit

Kolmiarvoinen neodyymi-ioni aktivoi helposti monia matriiseja. Näistä lupaavimpia olivat kiteet yttrium-alumiinigranaatti Y3Al5O12 (YAG) ja lasi. Pumppaus muuttaa Nd3+-ionit perustilasta 4I9/2 useiksi suhteellisen kapeiksi kaistoiksi, jotka toimivat ylemmän tason roolissa. Nämä nauhat muodostuvat useista päällekkäisistä viritetyistä tiloista, niiden sijainnit ja leveydet vaihtelevat jonkin verran matriisista toiseen. Pumppukaistoilta tapahtuu nopea viritysenergian siirto metastabiilille 4F3/2-tasolle (kuva 7).

Kuva 20 - Kolmiarvoisten harvinaisten maametallien ionien energiatasot

Mitä lähempänä absorptiokaistat 4F3/2-tasoa ovat, sitä korkeampi laserin tehokkuus. YAG-kiteiden etuna on voimakkaan punainen absorptioviiva.

Kiteenkasvatusteknologia perustuu Czochralskin menetelmään, jossa YAG ja lisäaine sulatetaan iridiumupokkaassa noin 2000 °C:n lämpötilassa, minkä jälkeen osa sulatuksesta erotetaan upokkaasta siemenellä. Siemenen lämpötila on jonkin verran alhaisempi kuin sulatteen lämpötila, ja ulos vedettäessä sula kiteytyy vähitellen siemenen pinnalle. Kiteytyneen sulatteen kristallografinen orientaatio toistaa siemenen orientaation. Kidettä kasvatetaan inertissä väliaineessa (argon tai typpi) normaalipaineessa, jossa on pieni lisäys happea (1-2 %). Kun kide saavuttaa halutun pituuden, se jäähdytetään hitaasti lämpöjännityksen aiheuttaman murtumisen estämiseksi. Kasvuprosessi kestää 4-6 viikkoa ja on tietokoneohjattu.

Neodyymilaserit toimivat laajalla valikoimalla tuotantotiloja jatkuvasta olennaisesti pulssitoimiseen, jonka kesto on jopa femtosekuntia. Jälkimmäinen saavutetaan tilaa lukituksella laajaan vahvistusviivaan, mikä on ominaista laserlaseille.

Neodyymi- ja rubiinilasereita luotaessa toteutetaan kaikki kvanttielektroniikan kehittämät ominaiset menetelmät lasersäteilyn parametrien ohjaamiseksi. Niin sanotun vapaan sukupolven, joka kestää lähes koko pumppupulssin käyttöiän, lisäksi kytkettävän (moduloidun) laatutekijän ja tilalukituksen (itselukitus) toiminnot ovat yleistyneet.

Vapaakäyntitilassa säteilypulssien kesto on 0,1 ... 10 ms, säteilyenergia tehovahvistuspiireissä on noin 10 ps, ​​kun Q-kytkennässä käytetään sähköoptisia laitteita. Generointipulssien lyhentäminen edelleen saavutetaan käyttämällä valkaisevia suodattimia sekä Q-kytkennässä (0,1...10 ps) että tilalukituksessa (1...10 ps).

Voimakkaan Nd-YAG-lasersäteilyn vaikutuksesta biologiseen kudokseen muodostuu melko syviä nekroosia (koagulaatiofokus). Kudosten poistovaikutus ja siten leikkausvaikutus on mitätön verrattuna CO2-laserin. Siksi Nd-YAG-laseria käytetään pääasiassa verenvuodon koagulaatioon ja patologisesti muuttuneiden kudosalueiden nekroosiin lähes kaikilla leikkausalueilla. Koska lisäksi säteilyn siirtyminen on mahdollista joustavien optisten kaapeleiden kautta, avautuvat mahdollisuudet Nd-YAG-laserin käyttöön kehon onteloissa.

4.4 Puolijohdelaserit

Puolijohdelaserit emittoivat UV-, näkyvä- tai IR-alueella (0,32 ... 32 mikronia) koherenttia säteilyä; puolijohdekiteitä käytetään aktiivisena väliaineena.

Tällä hetkellä tunnetaan yli 40 erilaista lasereihin soveltuvaa puolijohdemateriaalia. Aktiiviväliaineen pumppaus voidaan suorittaa elektronisuihkulla tai optisella säteilyllä (0,32...16 µm), puolijohdemateriaalin p-n-liitoksessa käytetystä ulkoisesta jännitteestä tulevalla sähkövirralla (varauksenkuljettajan injektio, 0,57... 32 µm).

Injektiolaserit eroavat kaikista muista lasertyypeistä seuraavien ominaisuuksien osalta:

Korkea tehokkuus (yli 10 %);

Herätyksen helppous (sähköenergian suora muuntaminen koherentiksi säteilyksi - sekä jatkuvassa että pulssikäytössä);

Mahdollisuus suoraan modulaatioon sähkövirralla 1010 Hz asti;

Erittäin pienet mitat (pituus alle 0,5 mm; leveys enintään 0,4 mm; korkeus enintään 0,1 mm);

Matala pumpun jännite;

Mekaaninen luotettavuus;

Pitkä käyttöikä (jopa 107 tuntia).

4.5 Excimer laserit

Excimer laserit, jotka edustavat uutta laserjärjestelmien luokkaa, avaavat UV-alueen kvanttielektroniikan käyttöön. Excimer-laserien toimintaperiaate on kätevä selittää ksenonlaserin (nm) esimerkillä. Xe2-molekyylin perustila on epävakaa. Virittymätön kaasu koostuu pääasiassa atomeista. Ylemmän lasertilan populaatio, ts. molekyylin virittyneen stabiilisuuden luominen tapahtuu nopeiden elektronien säteen vaikutuksesta monimutkaisessa törmäysprosessien sarjassa. Näistä prosesseista ksenonin ionisaatiolla ja virityksellä elektronien toimesta on tärkeä rooli.

Harvinaisten kaasujen halogenidien eksimeerit (jalokaasumonohalogenidit) ovat erittäin kiinnostavia pääasiassa siksi, että toisin kuin jalokaasudimeerien tapauksessa vastaavat laserit eivät toimi vain elektronisuihkuvirityksellä, vaan myös kaasupurkausvirityksellä. Lasersiirtymien ylempien termien muodostumismekanismi näissä eksimereissa on suurelta osin epäselvä. Laadulliset näkökohdat osoittavat, että niitä on helpompi muodostaa kuin jalokaasudimeerien tapauksessa. Alkalisesta materiaalista ja halogeeniatomeista koostuvien virittyneiden molekyylien välillä on syvä analogia. Inertin kaasun atomi viritetyssä elektronitilassa on samanlainen kuin alkalimetallin ja halogeenin atomi. Inertin kaasun atomi viritetyssä elektronitilassa on samanlainen kuin alkalimetallin atomi, joka seuraa sitä jaksollisessa taulukossa. Tämä atomi ionisoituu helposti, koska virittyneen elektronin sitoutumisenergia on alhainen. Suuresta halogeenielektroniin kohdistuvasta affiniteetista johtuen tämä elektroni katkeaa helposti ja, kun vastaavat atomit törmäävät, hyppää mielellään uudelle kiertoradalle, joka yhdistää atomit ja suorittaa siten ns. harppuunareaktion.

Yleisimmät eksimeerilaserit ovat: Ar2 (126,5 nm), Kr2 (145,4 nm), Xe2 (172,5 nm), ArF (192 nm), KrCl (222,0 nm), KrF (249,0 nm), XeCl (308,0 nm) XeF (352,0 nm).

4.6 Värilaserit

Erottuva ominaisuus värilaserit on kyky työskennellä laajalla aallonpituudella läheisestä IR:stä lähi-UV:hen, sukupolven aallonpituuden tasainen viritys useiden kymmenien nanometrien leveällä alueella monokromaattisuuden saavuttaessa 1-1,5 MHz. Väriainelaserit toimivat cw-, pulssi- ​​ja toistuvasti pulssitilassa. Säteilypulssien energia saavuttaa satoja jouleita, jatkuvan tuotannon teho on kymmeniä watteja, toistotaajuus on satoja hertsejä ja hyötysuhde on kymmeniä prosentteja (laserpumppauksella). Pulssitilassa generoinnin kesto määräytyy pumpun pulssien keston mukaan. Tilan lukitustilassa saavutetaan pikosekunnin ja alikukunnin kestoalueet.

Värilaserien ominaisuudet määräytyvät niiden työaineen eli orgaanisten väriaineiden ominaisuuksien mukaan. Väriaineet On tapana kutsua monimutkaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, joissa on haarautunut monimutkaisten kemiallisten sidosten järjestelmä, joilla on voimakkaat absorptiokaistat spektrin näkyvällä ja lähellä UV-aluetta. Värilliset orgaaniset yhdisteet sisältävät kyllästettyjä kromoforiryhmät tyyppi NO2, N=N, =CO, vastaa värjäyksestä. Läsnäolo ns auksokromiset ryhmät Tyyppi NH3, OH antaa yhdisteelle väriominaisuuksia.

4.7 Argonlaserit

Argon laser Termi "kaasupurkauslaserit" viittaa tyyppisiin kaasupurkauslasereihin, jotka synnyttävät siirtymissä ionitasojen välillä pääasiassa spektrin näkyvän ja lähellä ultraviolettialueen sinivihreässä osassa.

Tyypillisesti tämä laser emittoi aallonpituuksilla 0,488 µm ja 0,515 µm sekä ultraviolettisäteilyssä aallonpituuksilla 0,3511 µm ja 0,3638 µm.

Teho voi olla 150W (teolliset mallit 2h 10W, käyttöikä 100 tunnin sisällä). Tasavirtaherätetyn argonlaserin suunnittelukaavio on esitetty kuvassa 8.

Kuva 20 - Kaavio argonlaserin rakenteesta

1 - laserin ulostuloikkunat; 2 - katodi; 3 - vesijäähdytyskanava; 4 - kaasupurkausputki (kapillaari); 5 - magneetit; 6 - anodi; 7 - ohituskaasuputki; 8 - kuuro peili; 9 - läpikuultava peili

Kaasupurkaus muodostetaan ohuessa, halkaisijaltaan 5 mm:n kaasupurkausputkessa (4) kapillaarissa, joka jäähdytetään nesteellä. Kaasun käyttöpaine on kymmenissä Pa:issa. Magneetit (5) luovat magneettikentän purkauspurkauksen "puristamiseksi" kaasupurkausputken seinistä, mikä ei anna purkauksen koskettaa sen seiniä. Tämä toimenpide mahdollistaa lasersäteilyn lähtötehon lisäämisen vähentämällä virittyneiden ionien relaksaationopeutta, joka tapahtuu törmäyksen seurauksena putken seinämiin.

Ohituskanava (7) on suunniteltu tasoittamaan painetta pitkin kaasunpoistoputken (4) pituutta ja varmistamaan vapaa kaasun kierto. Tällaisen kanavan puuttuessa kaasu kerääntyy putken anodiosaan kaaripurkauksen kytkemisen jälkeen, mikä voi johtaa sen sammumiseen. Tämän mekanismi on seuraava. Katodin (2) ja anodin (6) väliin kohdistetun sähkökentän vaikutuksesta elektronit syöksyvät anodille 6, mikä lisää kaasun painetta anodilla. Tämä edellyttää kaasun paineen tasaamista kaasupurkausputkessa prosessin normaalin virtauksen varmistamiseksi, mikä suoritetaan ohitusputken (7) avulla.

Neutraalien argonatomien ionisoimiseksi kaasun läpi on johdettava virta, jonka tiheys on jopa useita tuhansia ampeeria neliösenttimetriä kohti. Siksi tarvitaan tehokas kaasupurkausputken jäähdytys.

Argonlaserien pääasialliset käyttöalueet: valokemia, lämpökäsittely, lääketiede. Argonlaseria käytetään silmätautien ja ihotautien hoidossa, koska se on selektiivinen autogeenisiä kromoforeja kohtaan.

5. Massatuotetut laserlaitteet

Terapeutit käyttävät pienitehoisia helium-neonlasereita, jotka säteilevät sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella (λ=0,63 µm). Yksi fysioterapiayksiköistä on laseryksikkö. UFL-1, tarkoitettu kasvo-leuan akuuttien ja kroonisten sairauksien hoitoon; voidaan käyttää haavaumien ja haavojen hoitoon, jotka eivät parane pitkään aikaan, sekä traumatologiassa, gynekologiassa, kirurgiassa (leikkauksen jälkeinen aika). Helium-neonlaserin punaisen säteen biologista aktiivisuutta käytetään (säteilyteho
20 mW, säteilyn intensiteetti kohteen pinnalla 50-150 mW/cm2).

On näyttöä siitä, että näitä lasereita käytetään suonisairauksien (trofisten haavaumien) hoitoon. Hoitojakso koostuu 20-25 kymmenen minuutin trofisen haavan säteilytyksestä pienitehoisella helium-neonlasereilla ja päättyy yleensä sen täydelliseen paranemiseen. Samanlainen vaikutus havaitaan ei-paraantuvien traumaattisten ja palovammojen laserhoidossa. Laserhoidon pitkäaikaiset vaikutukset troofiset haavaumat ah ja pitkiä parantumattomia haavoja testattiin suurella määrällä parantuneita potilaita kahdesta seitsemään vuotta. Tänä aikana 97 %:lla entisistä potilaista haavat ja haavat eivät enää avautuneet, ja vain 3 %:lla tauti uusiutui.

Kevyt injektio hoitaa erilaisia ​​hermoston ja verisuonijärjestelmän sairauksia, lievittää kipua iskiasissa, säätelee verenpaine ja niin edelleen. Laser hallitsee yhä enemmän uusia lääketieteen ammatteja. Laser parantaa aivot. Tätä helpottaa matalan intensiteetin helium-neonlaserien näkyvän säteilyspektrin aktiivisuus. Lasersäde, kuten kävi ilmi, pystyy nukuttamaan, rauhoittamaan ja rentoutumaan lihaksia sekä nopeuttamaan kudosten uusiutumista. Useita ominaisuuksiltaan samanlaisia ​​lääkkeitä määrätään yleensä potilaille, jotka ovat kärsineet traumaattisesta aivovauriosta, joka antaa erittäin hämmentäviä oireita. Lasersäde yhdistää kaiken toiminnan tarvittavat lääkkeet. Asiantuntijat Neuvostoliiton terveysministeriön keskusvyöhyketerapian tutkimuslaitoksesta ja A.I.:n mukaan nimetystä neurokirurgian tutkimuslaitoksesta. N. Burdenkolle Neuvostoliiton lääketieteen akatemia.

Lasersädehoidon mahdollisuuksien tutkimus hyvänlaatuisten ja pahanlaatuiset kasvaimet niitä suorittaa Moskovan onkologian tutkimuslaitos, joka on nimetty N.N. P.A. Herzen, Leningradin onkologian instituutti. N.N. Petrov ja muut syöpäkeskukset.

Tässä tapauksessa käytetään erityyppisiä lasereita: C02 laser jatkuvassa säteilymuodossa (λ = 10,6 μm, teho 100 W), helium-neon laser jatkuvalla säteilymoodilla (λ = 0,63 μm, teho 30 mW) , helium-kadmium CW-laser (λ = 0,44 μm, teho 40 mW), pulssityppilaser (λ = 0,34 μm, pulssiteho 1,5 kW, keskimääräinen säteilyteho 10 mW).

On kehitetty ja käytössä kolme menetelmää lasersäteilylle altistamiseksi kasvaimille (hyvän- ja pahanlaatuisille):

a) laser säteilytys - säteilytys kasvaimia, joissa lasersäde on defokusoitu, mikä johtaa syöpäsolujen kuolemaan ja lisääntymiskyvyn menettämiseen.

b) Laserkoagulaatio - kasvaimen tuhoaminen kohtalaisen fokusoidulla säteellä.

c) Laserkirurgia - kasvaimen leikkaus yhdessä viereisten kudosten kanssa fokusoidulla lasersäteellä. Laserasennuksia on kehitetty:

"Yakhroma"- teho jopa 2,5 W valonohjaimen lähdössä aallonpituudella 630 nm, valotusaika 50 - 750 sekuntia; pulssi, jonka toistotaajuus on 104 pulssia/s; kahdella laserilla - pulssivärilaserilla ja kuparihöyrylaserilla "LGI-202". Spectromed- teho 4 W jatkuvassa tuotantotilassa, aallonpituus 620-690 nm, valotusaika 1-9999 s laitetta käytettäessä "Expo"; kahdella laserilla - jatkuva väriainelaser "Ametisti" ja argon laser "Inversio" pahanlaatuisten kasvainten fotodynaamiseen hoitoon (moderni menetelmä selektiiviseen vaikutukseen kehon syöpäsoluihin).

Menetelmä perustuu lasersäteilyn absorption eroihin soluissa, joiden parametrit eroavat toisistaan. Lääkäri ruiskuttaa valoherkistävää (elimistön hankkima tietyn yliherkkyys vieraille aineille) lääke patologisten solujen kerääntymisen alueella. Kehon kudoksiin osuva lasersäteily imeytyy valikoivasti lääkettä sisältävät syöpäsolut ja tuhoavat ne, mikä mahdollistaa syöpäsolujen tuhoutumisen vahingoittamatta ympäröivää kudosta.

Laser laite ATKUS-10(CJSC "Semiconductor Devices"), joka on esitetty kuvassa 9, antaa sinun vaikuttaa kasvaimiin lasersäteilyllä kahdella eri aallonpituudella 661 ja 810 nm. Laite on tarkoitettu käytettäväksi mm lääketieteelliset laitokset laaja profiili sekä erilaisten tieteellisten ja teknisten ongelmien ratkaisemiseen tehokkaan lasersäteilyn lähteenä. Laitetta käytettäessä ihossa ja pehmytkudoksissa ei esiinny selkeitä tuhoisia vaurioita. Kasvainten poisto kirurgisella laserilla vähentää uusiutumisten ja komplikaatioiden määrää, lyhentää haavan paranemisaikaa, mahdollistaa yksivaiheisen toimenpiteen ja antaa hyvän kosmeettisen vaikutuksen.

Kuva 20 - ATKUS-10 laserkone

puolijohteita käytetään emittereinä. laserdiodit. Käytetty kuljetus optinen kuitu 600 µm halkaisijaltaan.

LLC NPF "Techcon" on kehittänyt laserhoitolaitteen " Alpha 1M"(Kuva 10). Valmistajan verkkosivujen mukaan yksikkö on tehokas niveltulehduksen, hermoihottuman, ekseeman, suutulehduksen, troofisten haavaumien, leikkauksen jälkeiset haavat jne. Kahden emitterin - jatkuvan ja pulssin - yhdistelmä antaa suuria mahdollisuuksia lääketieteellisiin ja tutkimustyö. Sisäänrakennetun fotometrin avulla voit asettaa ja hallita valotustehoa. Diskreetti aika-asetus ja säteilytyspulssien taajuuden tasainen säätö ovat käteviä laitteen toiminnalle. Ohjauksen helppous sallii ensihoitajan käyttää laitetta.

Kuva 20 - Laserterapeuttinen laite "Alpha 1M"

Tekniset tiedot laitteet on esitetty taulukossa 1.

Pöytä 7 - Laserterapeuttisen laitteen "Alpha 1M" tekniset ominaisuudet

70-luvun alussa akateemikko M.M. Krasnov ja hänen kollegansa 2. Moskovan lääketieteellisestä instituutista pyrkivät parantamaan glaukooman (syynä on silmänsisäisen nesteen ulosvirtauksen häiriintyminen ja sen seurauksena silmänsisäinen paine) laserilla. Glaukooman hoito toteutettiin sopivilla laserlaitteilla, jotka on luotu yhteistyössä fyysikkojen kanssa.

Laser oftalminen yksikkö "Sapeli" sillä ei ole ulkomaisia ​​analogeja. Suunniteltu silmän etuosan kirurgisiin leikkauksiin. Mahdollistaa glaukooman ja kaihien hoidon rikkomatta silmän ulkokalvojen eheyttä. Asennus käyttää pulssirubiinilaseria. Useiden valopulssien sarjan sisältämä säteilyenergia on 0,1 - 0,2 J. Yksittäisen pulssin kesto on 5 - 70 ns, pulssien väli on 15 - 20 μs. Laserpisteen halkaisija 0,3 - 0,5 mm. Laser kone "Yatagan 4" pulssin kesto 10-7 s, säteilyn aallonpituus 1,08 μm ja pisteen halkaisija 50 μm. Tällaisella silmän säteilytyksellä se ei ole lämpöä, vaan valokemiallista ja tasaista mekaaninen toiminta lasersäde (iskuaallon ilme). Menetelmän ydin on siinä, että tietyn tehoinen laser "laukaus" suunnataan silmän etukammion kulmaan ja muodostaa mikroskooppisen "kanavan" nesteen ulosvirtaukselle ja palauttaa siten ihon vedenpoistoominaisuudet. iiris, mikä luo normaalin silmänsisäisen nesteen ulosvirtauksen. Tässä tapauksessa lasersäde kulkee vapaasti läpinäkyvän sarveiskalvon läpi ja "räjähtää" iiriksen pinnalla. Tässä tapauksessa tapahtuu palamattomuus, mikä johtaa tulehdusprosessit iiris ja kanavien nopea poistaminen reikien tekemisen aikana. Toimenpide kestää noin 10-15 minuuttia. Yleensä puhkaise 15-20 reikää (kanavaa) silmänsisäisen nesteen ulosvirtausta varten.

Sotilaslääketieteen akatemian Leningradin silmäsairauksien klinikan pohjalta asiantuntijaryhmä, jota johtaa Dr. lääketiede Professori V. V. Volkov käytti hänen hoitomenetelmäänsä dystrofiset sairaudet verkkokalvoa ja sarveiskalvoa pienitehoisella laserilla LG-75 toimii jatkuvassa tilassa. Tässä hoidossa verkkokalvoon vaikuttaa pienitehoinen 25 mW säteily. Lisäksi säteily on hajallaan. Yhden säteilytysjakson kesto ei ylitä 10 minuuttia. Lääkärit parantavat onnistuneesti keratiitin, sarveiskalvon tulehduksen ja muita sairauksia 10–15 istunnon aikana, joiden väli on 1–5 päivää. tulehduksellinen luonne. Empiirisesti saadut hoito-ohjelmat.

Vuonna 1983 amerikkalainen silmälääkäri S. Trokel ehdotti mahdollisuutta käyttää ultravioletti-eksimeerilaseria likinäköisyyden korjaamiseen. Maassamme tämänsuuntaista tutkimusta suoritettiin Moskovan tutkimusinstituutissa "Silmämikrokirurgia" professori S.N. Fedorov ja A. Semenov.

varten vastaavia operaatioita MNTK "Silmämikrokirurgia" ja Yleisen fysiikan instituutin yhteisillä ponnisteluilla akateemikko A. M. Prokhorovin johdolla loivat laseryksikön "Profiili 500" ainutlaatuisella optisella järjestelmällä, jolla ei ole analogeja maailmassa. Altistuessaan sarveiskalvolle palovammojen mahdollisuus on täysin poissuljettu, koska kudoksen kuumeneminen ei ylitä 4-8 ºC. Leikkauksen kesto on 20-70 sekuntia likinäköisyyden asteesta riippuen. Vuodesta 1993 "Profile 500" -profiilia on käytetty menestyksekkäästi Japanissa, Tokiossa ja Osakassa Irkutskin Interregional Laser Centerissä.

Helium Neon Laser Oftalminen laite MACDEL-08(CJSC "MAKDEL-Technologies"), joka on esitetty kuvassa 11, sisältää digitaalisen ohjausjärjestelmän, tehomittarin, kuituoptisen säteilylähteen sekä optisten ja magneettisten suuttimien sarjat. Laserkone toimii verkkovirralla taajuudella 50 Hz ja nimellisjännitteellä 220 V±10 %. Voit asettaa istunnon ajan (lasersäteily) alueelle 1 - 9999 sekuntia virheellä enintään 10%. Siinä on digitaalinen näyttö, jonka avulla voit asettaa aloitusajan ja ohjata aikaa toimenpiteen loppuun asti. Tarvittaessa istunto voidaan keskeyttää etuajassa. Laite tarjoaa lasersäteilyn taajuusmodulaation 1 - 5 Hz askeleella 1 Hz, lisäksi on jatkuvan säteilyn tila, kun taajuus on asetettu 0 Hz:iin.

Kuva 20 - Laser oftalminen laite MACDEL-08

Infrapuna laser kone MACDEL-09 Suunniteltu korjaamaan mukautumis- taitekykyisiä näköhäiriöitä. Hoito koostuu 10-12 toimenpiteen suorittamisesta 3-5 minuutin ajan. Hoidon tulokset säilyvät 4-6 kuukautta. Kun majoitusindikaattorit laskevat, on tarpeen suorittaa toinen kurssi. Näön objektiivisten indikaattoreiden parantamisprosessi kestää 30-40 päivää toimenpiteiden jälkeen. Suhteellisen mukavuuden positiivisen osan keskiarvot kasvavat tasaisesti 2,6 dioptria. ja saavuttaa taso normaalit indikaattorit. Varannon enimmäislisäys on 4,0 dioptria, pienin 1,0 dioptria. Reosyklografiset tutkimukset osoittavat jatkuvan lisääntyvän kiertävän veren määrässä sädekehän verisuonissa. Laitteen avulla voit asettaa lasersäteilyn istunnon ajan alueelle 1-9 minuuttia. Ohjausyksikön digitaalisen näytön avulla voit tehdä alkuasetuksen sekä ohjata aikaa istunnon loppuun asti. Tarvittaessa istunto voidaan keskeyttää etuajassa. Hoitokerran lopussa laite antaa äänimerkin. Keskustasta keskustaan ​​-etäisyyden säätöjärjestelmä mahdollistaa kanavien keskipisteiden välisen etäisyyden asettamisen välillä 56 - 68 mm. Tarvittava keskipisteen välinen etäisyys voidaan asettaa suoritusyksikön viivaimella tai referenssi-LED-valojen kuvalla.

Argon laser mallit ARGUS yritys Aesculap Meditek (Saksa) oftalmologiaan, jota käytetään verkkokalvon fotokoagulaatioon. Pelkästään Saksassa käytetään yli 500 argonlaseria, jotka kaikki toimivat turvallisesti ja luotettavasti. ARGUS on helppokäyttöinen ja yhteensopiva yleisten Zeiss- ja Haag-Streit-rakolamppumallien kanssa. ARGUS on optimaalisesti valmis toimimaan yhdessä Nd:YAG-laserin kanssa samassa työasemassa.

Vaikka ARGUS on suunniteltu yhdeksi yksiköksi, instrumenttijalusta ja laseryksikkö voidaan sijoittaa vierekkäin tai eri paikkoihin ja huoneisiin jopa 10 metrin pituisen liitäntäkaapelin ansiosta. Korkeussäädettävä instrumenttijalusta tarjoaa maksimaalisen vapauden potilaalle ja kliinikolle. Vaikka potilas istuu pyörätuolissa, häntä ei ole vaikea hoitaa.

Silmien suojaamiseksi ARGUSissa on säädettävä hiljainen lääkärisuodatin. Suodatin viedään lasersäteeseen painamalla jalkakytkintä, ts. juuri ennen lasersalaman laukaisua. Valokennot ja mikroprosessorit ohjaavat sen oikeaa sijaintia. Koagulaatiovyöhykkeen optimaalinen valaistus saadaan aikaan erityisellä lasersäteen ohjauslaitteella. Pneumaattinen mikromanipulaattori mahdollistaa säteen tarkan paikantamisen yhdellä kädellä.

Laitteen tekniset ominaisuudet:

Lasertyyppi CW Argon Ion Laser oftalmiselle BeO keraamiselle putkelle

Virta sarveiskalvoon:

sarveiskalvolla: 50 mW - 3000 mW kaikille linjoille, 50 mW - 1500 mW 514 nm:lle

virtalähteellä rajoitetulla virrankulutuksella:

sarveiskalvolla: 50 mW - 2500 mW kaikilla linjoilla, 50 mW - 1000 mW 514 nm:llä

Pilot-säde argon kaikille linjoille tai 514 nm, maksimi 1mW

Pulssin kesto 0,02 - 2,0 s, säädettävissä 25 portaan tai jatkuvasti

Pulssijakso 0,1 - 2,5 s, intervallit säädettävissä 24 portaan

Pulssikäynnistys jalkakytkimellä; pulssijonotilassa haluttu välähdyssarja kytketään päälle painamalla jalkakytkintä;

toiminto keskeytyy, kun poljin vapautetaan

Säteen syöttö valonohjaimella, kuidun halk. 50 µm, 4,5 m pitkä, molemmissa päissä SMA-liitin

Valittavissa oleva kaukosäädin:

kaukosäädin 1: manuaalinen säätö käsipyörällä;

kaukosäädin 2: kalvonäppäimistön kosketuslevyjen asettaminen.

Yleiset ominaisuudet: elektroluminesenssinäyttö, tehonäyttö digitaalisessa ja analogisessa muodossa, kaikkien muiden asetusten digitaalinen näyttö, käyttötilan ilmaisu (esim. huoltosuositukset) selkeänä tekstinä

Mikroprosessoriohjaus, tehonsäätö, lääkärin suojasuodatin ja ikkunaluukut 10 millisekunnin tilassa

Jäähdytys

ilma: integroidut hiljaiset tuulettimet

vesi: virtausnopeus 1 - 4 l / min, paineessa 2 - 4 baaria ja lämpötilassa enintään 24 ° C

Valittavana on kolme erilaista virtalähdettä:

AC virta, yksivaiheinen nollajohdolla 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC virta, yksivaiheinen maksimivirrankulutuksen rajoituksella 25 A

kolmivaiheinen virta, kolme vaihetta ja nollajohto, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Tulosten kirjaaminen: hoitoparametrien tulostus valinnaisella tulostimella

Mitat

Laite: 95 cm x 37 cm x 62 cm (L x S x K)

pöytä: 93cm x 40cm (L x S)

pöydän korkeus: 70-90 cm

"Laserveikale" löydetty sovellus ruoansulatuskanavan sairauksissa (O.K. Skobelkin), ihon plastiikkakirurgiassa ja sappitiesairauksissa (A.A. Vishnevsky), sydänkirurgiassa (A.D. Arapov) ja monilla muilla kirurgian aloilla.

Kirurgiassa käytetään CO2-lasereita, jotka säteilevät sähkömagneettisen spektrin näkymättömällä infrapuna-alueella, mikä asettaa tiettyjä ehtoja kirurgisen toimenpiteen aikana, erityisesti ihmisen sisäelimissä. Lasersäteen näkymättömyyden ja sen manipuloinnin monimutkaisuuden vuoksi (kirurgin kädellä ei ole palautetta, se ei tunne leikkauksen hetkeä ja syvyyttä), leikkauksen tarkkuuden varmistamiseksi käytetään puristimia ja osoittimia.

Ensimmäiset yritykset käyttää laseria leikkauksessa eivät aina onnistuneet, lähellä olevat elimet loukkaantuivat, säde paloi kudosten läpi. Lisäksi huolimattomasti käsitelty lasersäde voi olla vaarallinen myös lääkärille. Mutta näistä vaikeuksista huolimatta laserkirurgia on edistynyt. Niinpä 70-luvun alussa professori Skobelkin, tohtori Brekhov ja insinööri A. Ivanov alkoivat luoda laserveitsen akateemikko B. Petrovskin johdolla. "Skalpeli 1"(Kuva 12).

Kuva 20 - Laserkirurginen yksikkö "Scalpel-1"

Laserkirurgiayksikköä "Scalpel 1" käytetään maha-suolikanavan elinten leikkauksissa, kun verenvuoto pysäytetään akuutit haavaumat maha-suolikanavassa, ihon plastiikkaleikkauksissa, märkivien haavojen hoidossa, gynekologisissa leikkauksissa. Käytettiin jatkuvan aallon CO2-laseria, jonka teho oli 20 W valojohtimen lähdössä. Laserpisteen halkaisija on 1 - 20 mikronia.

Kaavio CO2-laservalon vaikutusmekanismista kudokseen on esitetty kuvassa 13.

Kuva 20 - Kaavio CO2-laservalon vaikutusmekanismista kudokseen

Laserveitsen avulla leikkaukset suoritetaan kosketuksetta, CO2-laserin valolla on antiseptisiä ja antiblastisia vaikutuksia, samalla kun muodostuu tiheä koagulaatiokalvo, joka aiheuttaa tehokkaan hemostaasin (valtimoiden ontelo jopa 0,5 mm ja laskimotauti halkaisijaltaan enintään 1 mm:n verisuonet hitsataan eivätkä vaadi sidesidoksia), muodostaa esteen tartunta-aineilta (mukaan lukien virukset) ja myrkyllisiltä aineilta, samalla kun se tarjoaa erittäin tehokkaan ablaation, stimuloi trauman jälkeistä kudosten regeneraatiota ja ehkäisee niiden sirpaleita (katso kaavio). ).

"Lasermed"(Instrument Design Bureau) on rakennettu 1,06 mikronin aallonpituudella säteilevien puolijohdelaserien pohjalta. Laite eroaa korkeasta luotettavuudesta, pienistä kokonaismitoista ja painosta. Säteilyn toimittaminen biologiseen kudokseen tapahtuu laseryksikön kautta tai valoohjaimen avulla. Pääsäteilyn ohjaus tapahtuu puolijohdelaserin pilottivalaistuksella. Laservaaraluokka 4 standardin GOST R 50723-94 mukaan, sähköturvallisuusluokka I suojaustyypillä B standardin GOST R 50267.0-92 mukaan.

laserkirurgiset laitteet "Lancet-1"(Kuva 14) - CO2-lasermalli, joka on suunniteltu kirurgisiin leikkauksiin lääketieteen eri aloilla.

Kuva 20 - Laserkirurginen laite "Lancet-1"

Laite on vaakasuora, kannettava, siinä on alkuperäinen pakkaus kotelon muodossa, se täyttää nykyaikaisimmat vaatimukset kirurgisille laserjärjestelmille sekä teknisiltä ominaisuuksiltaan että optimaalisten työskentelyolosuhteiden takaamiseksi kirurgille, helppokäyttöisyydelle ja suunnittelulle. .

Laitteen tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 7 - Laserkirurgisen laitteen "Lancet-1" tekniset ominaisuudet

6. KBAS:n kehittämät lääketieteelliset laserlaitteet

Optinen universaali suutin ( TIETÄÄ) tyyppisiin lasereihin LGN-111, LG-75-1(Kuva 15) on suunniteltu fokusoimaan lasersäteily valonohjaimeksi ja muuttamaan pisteen halkaisijaa ulkoisen säteilytyksen aikana.

Kuva 20 - Universal optinen suutin (NOA)

Suutinta käytetään useiden verenkiertohäiriöihin liittyvien sairauksien hoidossa viemällä valonohjain laskimoon ja säteilyttämällä verta sekä dermatologisten ja reumaattisten sairauksien hoidossa. Suutin on helppokäyttöinen, helppo asentaa laserrunkoon, säädettävissä nopeasti käyttötilaan. Ulkoisessa säteilyssä pisteen halkaisijaa muutetaan siirtämällä kondensaattorilinssiä.

LEU:n tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 7 - LEU:n tekniset ominaisuudet

Fysioterapian asennus "Octopus-1"(Kuva 16) on tarkoitettu useiden sairauksien hoitoon lääketieteen eri aloilla: traumatologia, ihotauti, hammaslääketiede, ortopedia, vyöhyketerapia, neuralgia.

Kuva 20 - Laserfysioterapiayksikkö "Octopus-1"

Hoito Sprut-1-laitteella varmistaa allergisten reaktioiden, kivuttomuuden ja aseptiikan puuttumisen ja johtaa myös hoidon keston merkittävään lyhenemiseen, lääkkeiden säästöihin.

Toimintaperiaate perustuu lasersäteilyenergian stimuloivan vaikutuksen käyttöön, jonka aallonpituus on 0,63 mikronia.

Asennus koostuu jäähdyttimestä, jonka asento on tasaisesti säädettävissä vaakatasoon nähden, virtalähteestä, jossa on sisäänrakennettu laskuri päällekytkentäjen lukumäärälle ja laskuri asennuksen kokonaiskäyttöajalle.

Lähetin ja virtalähde on asennettu kevyelle siirrettävälle jalustalle.

Sprut-1-asennuksen tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 4.

Taulukko 7 - Fysioterapiayksikön "Octopus-1" tekniset ominaisuudet

Oftalminen laserhoitoyksikkö "erä"(Kuva 17) käytetään trofisten eroosioiden ja haavaumien hoidossa vammojen, palovammojen, keratiitin ja keratokonjunktiviitin, leikkauksen jälkeisen keratopatian jälkeen sekä nopeuttamaan kiinnittymisprosessia sarveiskalvon siirron aikana.

Kuva 20 - Oftalminen laserhoitoyksikkö "Lota"

Asennuksen tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 5.

Taulukko 7 - Laserkoneen "Lota" tekniset ominaisuudet

Lääketieteellinen laserkone "Almicin"(Kuva 18) käytetään terapiassa, hammaslääketieteessä, ftisiologiassa, pulmonologiassa, dermatologiassa, kirurgiassa, gynekologiassa, proktologiassa ja urologiassa. Hoitomenetelmät: bakterisidinen vaikutus, vauriolähteen mikroverenkierron stimulointi, immuuni- ja biokemialliset prosessit, parantaa regeneraatiota, lisää lääkehoidon tehokkuutta.

Kuva 20 - Lääketieteellinen laseryksikkö "Almitsin"

Asennuksen tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 6.

Taulukko 7 - Lääketieteellisen laserlaitteen "Almitsin" tekniset ominaisuudet

valokuituetuliite "Ariadna-10"(Kuva 19) on ehdotettu sen sijaan, että sillä olisi alhainen liikkuvuus ja inertiaalinen peilisaranamekanismi säteilyn siirtämiseksi kirurgisissa yksiköissä ("Scalpel-1" -tyyppisiä) CO2-lasereilla.

Kiinnityksen pääelementit ovat: säteilyn syöttölaite ja valonohjain yleiskirurgiaan.

Kuva 20 - Kuituoptinen etuliite "Ariadna-10"

Kiinnikkeen valonohjain toimii yhdessä savunpoistolaitteen kanssa, joka mahdollistaa samanaikaisesti kirurgisten toimenpiteiden kanssa biologisten kudosten kanssa tapahtuvan säteilyvuorovaikutuksen tuotteiden poistamisen leikkaustilasta.

Valonohjaimen joustavuuden ansiosta CO2-lasereihin perustuvien laserkirurgisten yksiköiden käyttömahdollisuudet laajenevat merkittävästi.

Asennuksen tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 7.

Taulukko 7 - Ariadna-10 valokuituliittimen tekniset ominaisuudet

Kiinnityskaavio näkyy kuvassa 20.

Kuva 20 - Kuituoptisen liittimen "Ariadna-10" kaavio

Luettelo käytetyistä lähteistä

1. Zakharov V.P., Shakhmatov E.V. Lasertekniikka: oppikirja. korvaus. - Samara: Samar Publishing House. osavaltio ilmailu un-ta, 2006. - 278 s.

2. Lasertekniikan käsikirja. Per. saksasta. M., Energoatomizdat, 1991. - 544 s.

3. Zhukov B.N., Lysov N.A., Bakutsky V.N., Anisimov V.I. Luentoja laserlääketieteestä: Opetusohjelma. - Samara: Media, 1993. - 52 s.

4. Laserkirurgisen yksikön "Scalpel-1" käyttö hoitoon hammassairaudet. - M.: Neuvostoliiton terveysministeriö, 1986. - 4 s.

5. Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarskii V.F., Osipov V.V. Tieteellisten ja teknisten ratkaisujen kehittäminen lääketieteessä: Oppikirja. - Orenburg: OGU, 2000. - 255 s.