Применение лазера в медицине
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Октября 2017 в 11:41, научная работа
Описание работы
Лазер – это источник света, при котором может быть получено
когерентное электромагнитное излучение. Слово LASER (Light Amplifacation
by the Stimulated Emission) переводится с английского как «усиление света
путем стимулирования излучения». В 1964 году был создан ионный лазер из
аргона. Это лазер с непрерывным излучением в сине-зеленой области спектра и
с длиной волны 488 нм. Это был газовый лазер, мощность которого
контролировать было легче. Гемоглобин хорошо поглощал излучение этого
лазера. Через некоторое время стали появляться системы из аргонового лазера,
помогающие при лечении заболеваний сетчатки глаза.
Файлы: 1 файл
УДК 53.06
Коробкина Е.И.
студент кафедры «Приборостроение»
12.03.04 Биотехнические системы и технологии
Донской государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В МЕДИЦИНЕ
Аннотация: в работе представлен аналитический обзор о применении
лазеров в медицине. Раскрыты области медицины, в которых применяется
лазер: лазерная диагностика, терапия и хирургия. Сделаны выводы по работе.
1. Основные сведения о лазере
Лазер – это источник света, при котором может быть получено
когерентное электромагнитное излучение. Слово LASER (Light Amplifacation
by the Stimulated Emission) переводится с английского как «усиление света
путем стимулирования излучения». В 1964 году был создан ионный лазер из
аргона. Это лазер с непрерывным излучением в сине-зеленой области спектра и
с длиной волны 488 нм. Это был газовый лазер, мощность которого
контролировать было легче. Гемоглобин хорошо поглощал излучение этого
лазера. Через некоторое время стали появляться системы из аргонового лазера,
помогающие при лечении заболеваний сетчатки глаза.
Основа лазера — это особая среда, которая передает лазерный луч; это
может быть специальный газ, кристалл или диод. Необходимо в эту среду
добавить внешнюю энергию — вызывая электричество, радиоволны, свет или
химическую реакцию. Спонтанный поток энергии возбуждает атомы среды, и
электроны поглощают энергию и перепрыгивают на внешние электронные
оболочки с более высокой энергией.
В возбужденном, накачанном состоянии среда нестабильна. Если потом
направить через эту среду луч света, то фотоны луча, столкнувшись с атомами,
вызывают спонтанное «сваливание» электронов на орбиты, находящиеся ниже,
и при этом высвобождаются дополнительные фотоны. Эти фотоны заставляют
гораздо большее число электронов испускать фотоны — и вскоре начинается
«схлопывание» атомов до невозбужденного состояния с высвобождением
огромного количества фотонов — все в тот же луч. Особенность этого процесса
в том, что у некоторых веществв при лавинообразном высвобождении все
фотоны вибрируют одновременно. Таким образом, фотоны являются
когерентными, и появляется тонкий лазерный пучок.
Изначально, когда лазеры были только изобретены, врядли можно было
предположить, что эти световые инструменты способны лечить или каким-то
иным способом делать здоровье человека лучше, но ученые быстро оценили его
возможности, а число медицинских применений лазера имеет довольно
широкий спектр применения.
Рисунок 1 – Пример медицинского лазера
2. Применение лазерного излучения в медицине
Лазеры, применяемые в медицине, воздействуют на биобъекты тремя
способами:
• невозмущающее воздействие (не оказываюет заметного действия на
биообъект);
• фотохимическое воздействие (лазер возбуждает частицу, принимающую
участие в необходимых химических реакциях или может передать свое
возбуждение другой частице, которая учавствует в химической реакции);
• фоторазрушение (выделяется тепло или ударные волны).
Медицинское применение лазеров может быть двух типов. Первый
заключается в использовании лазерного излучения в качестве инструмента
исследования. Тогда лазер служит уникальным световым источником при
исследованиях спектров, микроскопия с лазером, голография. Ко второму типу
относится использование лазеров как инструмента воздействия на биообъекты.
Цель исследований механизма биологического воздействия лазерного
излучения приводит к изучению процессов, лежащих при возникновении
эффектов, вызываемых облучением: коагуляция тканей, рассечение тканей,
биостимуляция. Можно выделить следующие области в медицине, где
применяется лазер. Рассмотрим некоторые из них.
2.1 Лазерная диагностика
Лазерная диагностика представляет собой воздействие, являющееся
невозмущающим, на биообъект, которое использует лазерное когерентное
излучение. Выделяются следующие виды диагностики:
Интерферометрия. Лазерное излучение отражается от шероховатой
поверхности, и, в результате чего, появляются вторичные волны,
накладывающиеся друг на друга. В итоге, получается картина, состоящая из
темных и светлых пятен, дающая информацию о содержании поверхности
биологического объекта.
Голография. Используя лазерное излучение, получают трехмерное
изображение биообъекта. В медицине этот метод позволяет получать объемные
изображения внутренних органов.
Рассеяние света. Остронаправленный лазерный пучок проходит через
объект, который является прозрачным, и происходит рассеяние света.
Регистрируется угловая зависимость интенсивности рассеянного света, что
позволяет определить размеры частиц среды (от 0,02 до 300 мкм) и степень, с
которой они деформируют. Также при рассеянии меняется поляризация света,
также применяющееся в диагностике.
Эффект Доплера. При измерении доплеровского сдвига частоты лазерного
излучения, возникающего при отражении света даже от частиц, движущихся
медленно. Так измеряется скорость крови в сосудах, насколько подвижны
бактерии и т.д.
Лазерная масс-спектроскопия. Такой метод применим при исследовании
химического состава объекта. Лазерое излучение мощными пучками испаряет
вещество с поверхности биологического объекта. Пары подвергаются масс-
спектральному анализу, в результате которого можно судить о составе
вещества.
Лазерный анализ крови. Лазерное излучение пропускается через узкий
капилляр, сделанный из кварца, через который прокачивается обрабатываемая
кровь,
вызывающая
флуоресценцию
собственных
клеток
крови.
Флуоресцентное свечение улавливается при помощи чувствительного датчика.
Такое свечение свойственно каждому типу клеток, проходящих по одной через
сечение луча лазера. Находится общее число клеток в данном объеме крови.
Определяются точные количественные показатели для каждого типа клеток.
Метод фоторазрушения.
Его используют для исследования
поверхностного состава объекта. Лазерное излучение с большой мощностью
позволяет брать микропробы с поверхности биообъектов, испаряя вещество и
проводить масс-спектрального анализ этого пара.
2.2 Использование лазерного излучения в терапии
В терапии при помощи лазеров используются низкоинтенсивные лазеры
(интенсивность 0,1-10 Вт/см2). Такое излучение не вызывает заметного
разрушающего воздействия на ткани, когда происходит облучение. Таким
образом, лазеры являются просто удобными монохроматическими источниками
света, которые обеспечивают точную локализацию и дозировку воздействия.
Терапия с помощью красного света. Излучение Не-Ne лазера с длиной
волны 632,8 нм используется с противовоспалительной целью для лечения ран,
язв, ишемической болезни сердца. Лечебный эффект связан с влиянием света
этой длины волны на пролиферативную активность клетки. Свет выступает в
роли регулятора клеточного метаболизма.
Терапия с помощью синего света. Лазерное излучение с длиной волны в
синей области видимого света используется, например, для лечения желтухи
новорожденных. Это заболевание - следствие резкого возрастания в организме
концентрации билирубина, который имеет максимум поглощения в синей
области. Если облучать детей лазерным излучением такого диапазона, то
билирубин распадается, образуя водорастворимые продукты.
Лазерофизиотерапия - использование лазерного излучения при сочетании
с различными методами электрофизиотерапии. Некоторые лазеры имеют
магнитные насадки для сочетанного действия лазерного излучения и
магнитного поля – магнитолазеротерапии (лазерный терапевтический аппарат
«Мильт»).
Фотодинамическая терапия опухолей. Фотодинамическая терапия (ФДТ)
используется для удаления опухолей, доступных для облучения светом. ФДТ
основана на применении локализующихся в опухолях фотосенсибилизаторов,
повышающих чувствительность тканей при их последующем облучении
видимым светом. Фотодинамическая терапия применяется при лечении
опухолей кожи, внутренних органов: легких, пищевода (при этом к внутренним
органам лазерное излучение доставляется с помощью световодов).
2.3 Использование лазерного излучения в хирургии
В хирургии лазеры с высокой интенсивностью используются для
рассекания тканей, удаления участков тканей с патологиями, остановки
кровотечений, сварки биотканей. Выбрав нужную длину волны лазерного
излучения, интенсивность и продолжительность воздействия, можно получить
различные хирургические эффекты. Применение лазерного луча в хирургии
обеспечивает избирательное и контролируемое воздействие. В лазерной
хирургии можно выделить преимущества:
• бесконтактность, обеспечивающую абсолютную стерильность;
• селективность, которая позволяет выбором длины волны излучения
дозированно разрушать патологические ткани, не затрагивая здоровые ткани,
находящиеся рядом;
• бескровность (за счет коагуляции белков);
• возможность микрохирургических воздействий, благодаря высокой
степени сфокусированности луча.
Одно из важных для лазерной хирургии свойств лазерного излучения -
коагуляция биологической ткани (слипание, укрупнение и выпадение в осадок
частиц веществ из коллоидного раствора.)
Обычно, коагуляция происходит, когда кровь поглощает лазерное
излучение, сильно нагревается до вскипания и, в результате, образуются
тромбы. Так, источником поглощения во время коагуляции может быть
гемоглобин или водная часть крови. Можно сделать вывод, что хорошо
коагулирует биоткань при излучении лазеров в границах оранжево-зеленого
спектра (КТР-лазер, на парах меди) и инфракрасных лазеров (неодимовый,
гольмиевый, эрбиевый в стекле, СО2-лазер).
Лазеры в хирургии подразделяются на две группы: абляционные (в
хирургии – удаляющие, ампутирующие) и неабляционные лазеры.
Абляционные лазеры можно сравнить со скальпелем. Необляционные лазеры
имеют иной принцип действия: обработав определенный объект, например,
бородавки, неабляционным лазером, данный объект находится в том же месте,
но через некоторое время в этом объекте происходит цикл биологических
эффектов, и он является омертвевшим. Наглядно это явление можо наблюдать
так: новообразование сачала мумифицируется, засыхает и отпадает.
Можно рассмотреть некоторые области хирургического применения
лазеров:
Лазерная сварка тканей. Рассеченные ткани соединяются при многих
хирургичских операциях. На рисунке 2 видно, как сваривавается один из
стволов крупного нерва в контактном режиме с использованием припоя,
подающийся каплями из пипетки по месту, где проходит лазер.
Рисунок 2 – Сваривание нервов при помощи лазера
Разрушение пигментированных участков. Лазеры, которые работают в
импульсном режиме, используются для разрушения участков с пигментами.
Этот метод (фототермолиз) применяется для лечения татуировок,
склеротических бляшек в кровеносных сосудах и т.п.
Рисунок 3 – Лечение татуировок при помощи лазерного излучения
Лазерная эндоскопия. Вместо больших открытых операций, лазерное
излучение подается к месту воздействия с помощью волоконно-оптических
световодов, позволяющие подводить лазерное излучение к биотканям
внутренних полых органов.
Лазерный пробой. Лазеры с короткими импульсами в сочетании со
световодами используют, удаляя бляшки в сосудах, камни в желчном пузыре и
почках.
Лазеры в офтальмологии. Примененяя лазеры в офтальмологии,
осуществляются бескровные оперативные вмешательства без нарушения
целостности глазного яблока. Это операции на стекловидном теле;
приваривание
отслоившейся
сетчатки;
лечение
глаукомы
путем
«прокалывания» лазерным лучом отверстий (диаметром 50÷100 мкм) для
оттока внутриглазной жидкости.
Рисунок 4 – Применение лазера в офтальмологии
3. Заключение
Существуют современные медициские технологии, развитие которых
актуально многие годы. Таковым является развитие лазерной медицины.
Лазеры очень являются очень значимой областью медицины. Благодаря им
врачи спасли немало человеческих жизней.
Лазер определенного вида используется в необходимой области медицины.
Растущий интерес к использованию лазеров в медицине привел к созданию
специализированных лазерных отделений и операционных, приспособленных к
безопасной эксплуатации лазеров. Один из главнх вопросов - это защита людей,
работающих с лазерами, от влияния вредного воздействия лазерного излучения.
Применение лазеров в данной области помогло человечеству продвинуться
вперед в области косметологии, при лечении и диагностике различных
заболеваний, а также в выполнении сложных хирургических операций.
Список использованных источников
1. А.Н. Ремизов, «Медицинская и биологическая физика», Изд-во Дрофа,
2012 г., 400 с.
2. О.К. Скобелкина, «Лазеры в хирургии», М.:Медицина, 1989, 250 с.
3. Б.И. Хубутия, «Современные методы лазерной терапии», М.:Медицина,
2008 г.,126 с.
Информация о работе Применение лазера в медицине