INTRODUZIONE

I principali strumenti utilizzati dal chirurgo per la dissezione tissutale sono il bisturi e le forbici, cioè strumenti taglienti. Tuttavia, le ferite e le incisioni praticate con bisturi e forbici sono accompagnate da sanguinamento, che richiede l'uso di speciali misure di emostasi. Inoltre, a contatto con i tessuti, gli strumenti da taglio possono diffondere la microflora e le cellule di tumori maligni lungo la linea di incisione. A questo proposito, per molto tempo, i chirurghi hanno sognato di avere a disposizione uno strumento tale da eseguire un'incisione senza sangue, distruggendo contemporaneamente la microflora patogena e le cellule tumorali nella ferita chirurgica. Gli interventi sul "campo operatorio asciutto" sono ideali per chirurghi di qualsiasi profilo.

I tentativi di creare un bisturi "ideale" risalgono alla fine del secolo scorso, quando fu progettato il cosiddetto elettro-coltello, che funziona utilizzando correnti ad alta frequenza. Questo dispositivo nelle versioni più avanzate è attualmente utilizzato in modo abbastanza diffuso da chirurghi di varie specialità. Tuttavia, con l'accumulo di esperienza, sono stati rivelati gli aspetti negativi dell '"elettrochirurgia", il principale dei quali è la zona troppo ampia di ustione del tessuto termico nell'area dell'incisione. È noto che più ampia è la zona ustionata, peggiore è la guarigione della ferita chirurgica. Inoltre, quando si utilizza un coltello elettrico, diventa necessario includere il corpo del paziente in un circuito elettrico. I dispositivi elettrochirurgici influiscono negativamente sul funzionamento di dispositivi elettronici e dispositivi per il monitoraggio dell'attività vitale del corpo durante l'intervento chirurgico. I dispositivi criochirurgici causano anche danni tissutali significativi che compromettono il processo di guarigione. La velocità di dissezione dei tessuti con un crioscalpel è molto bassa. In realtà, questa non è una dissezione, ma la distruzione dei tessuti. Si osserva anche una zona di ustione significativa quando si utilizza un bisturi al plasma. Se teniamo conto del fatto che il raggio laser ha proprietà emostatiche pronunciate, nonché la capacità di sigillare bronchioli, dotti biliari e dotti pancreatici, l'uso della tecnologia laser in chirurgia diventa estremamente promettente. Alcuni dei vantaggi dell'utilizzo dei laser in chirurgia sono brevemente elencati e riguardano principalmente i laser ad anidride carbonica (laser CO 2 ). Oltre a loro, in medicina vengono utilizzati laser che operano su altri principi e su altre sostanze funzionanti. Questi laser hanno qualità fondamentalmente diverse se esposti a tessuti biologici e sono utilizzati per indicazioni relativamente ristrette, in particolare, in chirurgia cardiovascolare, oncologia, per il trattamento di malattie chirurgiche della pelle e delle mucose visibili, ecc.

LASER E LORO APPLICAZIONI IN MEDICINA

Nonostante la natura comune della luce e delle onde radio, per molti anni l'ottica e l'elettronica radio si sono sviluppate indipendentemente, indipendentemente l'una dall'altra. Sembrava che le sorgenti luminose - particelle eccitate e generatori di onde radio - avessero poco in comune. Solo dalla metà del XX secolo sono apparsi lavori sulla creazione di amplificatori molecolari e generatori di onde radio, che hanno gettato le basi per un nuovo campo indipendente della fisica: l'elettronica quantistica.

L'elettronica quantistica studia i metodi per amplificare e generare oscillazioni elettromagnetiche utilizzando l'emissione stimolata di sistemi quantistici. I risultati in questo campo della conoscenza sono sempre più utilizzati nella scienza e nella tecnologia. Facciamo conoscenza con alcuni dei fenomeni alla base dell'elettronica quantistica e del funzionamento dei generatori quantistici ottici: i laser.

I laser sono sorgenti luminose che operano sulla base del processo di emissione stimolata (stimolata, indotta) di fotoni da parte di atomi o molecole eccitati sotto l'influenza di fotoni di radiazione aventi la stessa frequenza. Una caratteristica distintiva di questo processo è che il fotone che si verifica durante l'emissione stimolata è identico al fotone esterno che lo ha fatto apparire in frequenza, fase, direzione e polarizzazione. Ciò determina le proprietà uniche dei generatori quantistici: elevata coerenza della radiazione nello spazio e nel tempo, elevata monocromaticità, direttività del raggio stretto, enorme concentrazione del flusso di potenza e capacità di concentrarsi su volumi molto piccoli. I laser vengono creati sulla base di vari mezzi attivi: gassosi, liquidi o solidi. Possono emettere radiazioni in una gamma molto ampia di lunghezze d'onda - da 100 nm (luce ultravioletta) a 1,2 micron (radiazione infrarossa) - e possono funzionare sia in modalità continua che pulsata.

Il laser è costituito da tre unità di fondamentale importanza: un emettitore, un sistema di pompaggio e una fonte di alimentazione, il cui funzionamento è assicurato con l'ausilio di speciali dispositivi ausiliari.

L'emettitore è progettato per convertire l'energia della pompa (trasferimento della miscela elio-neon 3 nello stato attivo) in radiazione laser e contiene un risonatore ottico, che nel caso generale è un sistema di elementi riflettenti, rifrangenti e focalizzanti accuratamente fabbricati, nello spazio interno del quale viene eccitato e mantenuto un certo tipo di radiazione elettromagnetica fluttuazioni nel campo ottico. Il risonatore ottico deve avere perdite minime nella parte operativa dello spettro, alta precisione nella fabbricazione dei nodi e nella loro installazione reciproca.

La creazione di laser si è rivelata possibile grazie all'implementazione di tre idee fisiche fondamentali: l'emissione stimolata, la creazione di una popolazione inversa termodinamicamente non equilibrata dei livelli energetici degli atomi e l'uso del feedback positivo.

Le molecole eccitate (atomi) sono in grado di emettere fotoni di luminescenza. Tale radiazione è un processo spontaneo. È casuale e caotico nel tempo, frequenza (possono esserci transizioni tra diversi livelli), direzione di propagazione e polarizzazione. Un'altra radiazione - stimolata o indotta - si verifica quando un fotone interagisce con una molecola eccitata, se l'energia del fotone è uguale alla differenza tra i livelli energetici corrispondenti. Con la radiazione stimolata (indotta), il numero di transizioni al secondo dipende dal numero di fotoni che entrano nella sostanza nello stesso tempo, cioè dall'intensità della luce, e anche dal numero di molecole eccitate. In altre parole, maggiore è la popolazione dei corrispondenti stati energetici eccitati, maggiore è il numero di transizioni forzate.

La radiazione indotta è identica alla radiazione incidente sotto tutti gli aspetti, anche in fase, quindi possiamo parlare dell'amplificazione coerente di un'onda elettromagnetica, che viene utilizzata come prima idea fondamentale nei principi della generazione laser.

La seconda idea implementata nella creazione dei laser è quella di creare sistemi termodinamicamente non in equilibrio in cui, contrariamente alla legge di Boltzmann, ci sono più particelle a un livello superiore che a uno inferiore. Lo stato del mezzo, in cui per almeno due livelli di energia risulta che il numero di particelle con energia maggiore supera il numero di particelle con energia minore, è chiamato stato con una popolazione inversa di livelli, e il mezzo è chiamato attivo. È il mezzo attivo in cui i fotoni interagiscono con gli atomi eccitati, provocando le loro transizioni forzate a un livello inferiore con l'emissione di quanti di radiazione indotta (forzata), che è la sostanza operante del laser. Lo stato con popolazione inversa, livelli è formalmente ottenuto dalla distribuzione di Boltzmann per T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Uno stato di inversione della popolazione può essere creato selezionando particelle con energia inferiore o eccitando specificamente le particelle, ad esempio con la luce o una scarica elettrica. Di per sé, lo stato con una temperatura negativa non esiste da molto tempo.

La terza idea utilizzata nei principi della generazione laser ha avuto origine nella radiofisica ed è l'uso del feedback positivo. Durante la sua attuazione, parte della radiazione stimolata generata rimane all'interno della sostanza di lavoro e provoca la radiazione stimolata da un numero sempre maggiore di atomi eccitati. Per attuare tale processo, il mezzo attivo viene posto in un risonatore ottico, che di solito è costituito da due specchi, selezionati in modo tale che la radiazione che ne deriva passi ripetutamente attraverso il mezzo attivo, trasformandolo in un generatore di radiazione stimolata coerente.

Il primo generatore di questo tipo nella gamma delle microonde (maser) è stato progettato indipendentemente nel 1955 dagli scienziati sovietici N. G. Basoim e A. M. Prokhorov e dagli scienziati americani C. Townes e altri. Poiché il funzionamento di questo dispositivo era basato su molecole di ammoniaca irradiate stimolate, il generatore era chiamato molecolare.

Nel 1960 fu creato il primo generatore quantico nella gamma visibile della radiazione: un laser con un cristallo di rubino come sostanza di lavoro (mezzo attivo). Nello stesso anno è stato creato un laser a gas elio-neon. Tutta l'enorme varietà di laser attualmente creati può essere classificata in base ai tipi di sostanza di lavoro: si distinguono laser a gas, liquido, semiconduttore e a stato solido. A seconda del tipo di laser, l'energia per creare un'inversione di popolazione viene impartita in modi diversi: eccitazione con luce molto intensa - "pompaggio ottico", scarica di gas elettrica, nei laser a semiconduttore - corrente elettrica. Secondo la natura del bagliore, i laser sono divisi in pulsati e continui.

Consideriamo il principio di funzionamento di un laser a rubino a stato solido. Il rubino è un cristallo di ossido di alluminio Al 2 0 3 contenente circa lo 0,05% di ioni cromo Cr 3+ come impurità. L'eccitazione degli ioni cromo viene effettuata mediante pompaggio ottico utilizzando sorgenti luminose pulsate ad alta potenza. Uno dei progetti utilizza un riflettore tubolare avente una sezione trasversale ellittica. All'interno del riflettore, lungo le linee passanti per i fuochi dell'ellisse, sono posizionate una lampada flash allo xeno diritta e un'asta di rubino (Fig. 1). La superficie interna del riflettore in alluminio è altamente lucidata o argentata. La proprietà principale di un riflettore ellittico è che la luce che esce da uno dei suoi fuochi (lampada allo xeno) e riflessa dalle pareti entra nell'altro fuoco del riflettore (asta di rubino).

Il laser a rubino funziona secondo uno schema a tre livelli (Fig. 2a). Come risultato del pompaggio ottico, gli ioni cromo passano dal livello del suolo 1 a uno stato eccitato di breve durata 3. Quindi si verifica una transizione non radiativa a uno stato 2 di lunga vita (metastabile), da cui la probabilità di una transizione radiativa spontanea è relativamente piccolo. Pertanto, si verifica l'accumulo di ioni eccitati nello stato 2 e si crea una popolazione inversa tra i livelli 1 e 2. In condizioni normali, la transizione dal 2° al 1° livello avviene spontaneamente ed è accompagnata da luminescenza con una lunghezza d'onda di 694,3 nm. Nel risonatore laser sono presenti due specchi (vedi Fig. 1), uno dei quali ha un coefficiente di riflessione R dell'intensità della luce riflessa e incidente sullo specchio, l'altro specchio è semitrasparente e trasmette parte della radiazione incidente su di esso (R< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

Insieme al laser a rubino che opera secondo uno schema a tre livelli, si sono diffusi schemi a quattro livelli di laser basati su ioni di elementi di terre rare (neodimio, samario, ecc.) Incorporati in una matrice cristallina o vetrosa (Fig. 24b). In tali casi, viene creata una popolazione inversa tra due livelli eccitati: il livello 2 a vita lunga e il livello 2 a vita breve.

Un laser a gas molto comune è un laser a elio-neon, in cui l'eccitazione si verifica durante una scarica elettrica. Il mezzo attivo in esso contenuto è una miscela di elio e neon in un rapporto di 10:1 e una pressione di circa 150 Pa. Gli atomi di neon emettono, gli atomi di elio svolgono un ruolo ausiliario. Sulla fig. 24c mostra i livelli di energia degli atomi di elio e neon. La generazione avviene durante la transizione tra il 3° e il 2° livello di neon. Per creare una popolazione inversa tra di loro, è necessario popolare il livello 3 e svuotare il livello 2. Il livello 3 è popolato con l'aiuto di atomi di elio. In una scarica elettrica per impatto elettronico, gli atomi di elio vengono eccitati in uno stato di lunga vita (con una durata di circa 10 3 s). L'energia di questo stato è molto vicina all'energia del livello 3 del neon, quindi, quando un atomo di elio eccitato si scontra con un atomo di neon non eccitato, l'energia viene trasferita, a seguito della quale viene popolato il livello 3 di neon. Per il neon puro, la vita a questo livello è breve e gli atomi passano ai livelli 1 o 2, si realizza la distribuzione di Boltzmann. L'esaurimento del livello 2 del neon si verifica principalmente a causa della transizione spontanea dei suoi atomi allo stato fondamentale in caso di collisione con le pareti del tubo a scarica. Ciò garantisce la popolazione inversa stazionaria dei livelli 2 e 3 di neon.

L'elemento strutturale principale del laser elio-neon - (Fig. 3) è un tubo a scarica di gas con un diametro di circa 7 mm. Gli elettrodi sono montati nel tubo per creare una scarica di gas ed eccitare l'elio. Le finestre si trovano alle estremità del tubo all'angolo di Brewster, a causa del quale la radiazione è polarizzata in piano. Gli specchi piani del risonatore sono montati all'esterno del tubo, uno dei quali è semitrasparente (coefficiente di riflessione R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Gli specchi risonatori sono realizzati con rivestimenti multistrato e, a causa dell'interferenza, viene creato il coefficiente di riflessione necessario per una data lunghezza d'onda. I più comunemente usati sono i laser elio-neon che emettono luce rossa a una lunghezza d'onda di 632,8 nm. La potenza di tali laser è piccola, non supera i 100 mW.

L'uso dei laser si basa sulle proprietà della loro radiazione: elevata monocromaticità (~ 0,01 nm), potenza sufficientemente elevata, ristrettezza del raggio e coerenza.

La ristrettezza del raggio di luce e la sua piccola divergenza hanno permesso di utilizzare i laser per misurare la distanza tra la Terra e la Luna (la precisione risultante è di circa decine di centimetri), la velocità di rotazione di Venere e Mercurio, ecc.

La loro applicazione in olografia si basa sulla coerenza della radiazione laser. .Sulla base di un laser elio-neon che utilizza fibre ottiche, sono stati sviluppati gastroscopi che consentono la formazione olografica di un'immagine tridimensionale della cavità interna dello stomaco.

La monocromaticità della radiazione laser è molto conveniente per l'eccitazione degli spettri Raman da parte di atomi e molecole.

I laser sono ampiamente utilizzati in chirurgia, odontoiatria, oftalmologia, dermatologia e oncologia. Gli effetti biologici della radiazione laser dipendono sia dalle proprietà del materiale biologico sia dalle proprietà della radiazione laser.

Tutti i laser utilizzati in medicina sono suddivisi condizionatamente in 2 tipi: a bassa intensità (l'intensità non supera i 10 W / cm 2, il più delle volte circa 0,1 W / cm 2) - terapeutico e ad alta intensità - chirurgico. L'intensità dei laser più potenti può raggiungere i 10 14 W/cm 2 , i laser con un'intensità di 10 2 -- 10 6 W/cm 2 sono solitamente usati in medicina.

I laser a bassa intensità sono quelli che non provocano un notevole effetto distruttivo sui tessuti direttamente durante l'irradiazione. Nelle regioni visibili e ultraviolette dello spettro, i loro effetti sono dovuti a reazioni fotochimiche e non differiscono dagli effetti causati dalla luce monocromatica ottenuta da sorgenti convenzionali e incoerenti. In questi casi, i laser sono semplicemente comode sorgenti luminose monocromatiche che forniscono una precisa localizzazione e dosaggio dell'esposizione. Gli esempi includono l'uso della luce laser elio-neon per il trattamento di ulcere trofiche, malattie coronariche, ecc., nonché krypton e altri laser per danni fotochimici ai tumori nella terapia fotodinamica.

Si osservano fenomeni qualitativamente nuovi quando si utilizzano radiazioni visibili o ultraviolette da laser ad alta intensità. Negli esperimenti fotochimici di laboratorio con sorgenti luminose convenzionali, così come in natura sotto l'azione della luce solare, di solito si verifica l'assorbimento di un fotone. Ciò è affermato nella seconda legge della fotochimica, formulata da Stark ed Einstein: ogni molecola che partecipa a una reazione chimica sotto l'influenza della luce assorbe un quanto di radiazione, che provoca la reazione. L'assorbimento di un singolo fotone, descritto dalla seconda legge, è soddisfatto perché alle normali intensità luminose è praticamente impossibile che due fotoni colpiscano contemporaneamente una molecola nello stato fondamentale. Se un tale evento dovesse verificarsi, l'espressione assumerebbe la forma:

2hv = E t - E k ,

che significherebbe la somma dell'energia di due fotoni per la transizione della molecola dallo stato energetico E k allo stato con l'energia E r. Non c'è nemmeno assorbimento di fotoni da parte di molecole eccitate elettronicamente, poiché la loro vita è breve, e le intensità di irradiazione comunemente usate sono piccole. Pertanto, la concentrazione di molecole eccitate elettronicamente è bassa e il loro assorbimento di un altro fotone è estremamente improbabile.

Tuttavia, se l'intensità della luce viene aumentata, diventa possibile l'assorbimento di due fotoni. Ad esempio, l'irradiazione di soluzioni di DNA con radiazione laser pulsata ad alta intensità con una lunghezza d'onda di circa 266 nm ha portato alla ionizzazione delle molecole di DNA, simile a quella causata dalla radiazione y. L'esposizione alla luce ultravioletta con bassa intensità di ionizzazione non ha causato. È stato stabilito che l'irradiazione di soluzioni acquose di acidi nucleici o delle loro basi con impulsi di picosecondi (durata dell'impulso 30 ps) o nanosecondi (10 ns) con intensità superiori a 10 6 W/cm 2 portava a transizioni elettroniche culminanti nella ionizzazione molecolare. Con impulsi di picosecondi (Fig. 4, a), la popolazione di alti livelli elettronici si è verificata secondo lo schema (S 0 --> S1 --> S n), e con hv hv nanosecond (Fig. 4., b) - secondo lo schema (S 0 --> S1 -> T r -> T n). In entrambi i casi, le molecole hanno ricevuto un'energia superiore all'energia di ionizzazione.

La banda di assorbimento del DNA si trova nella regione ultravioletta dello spettro a< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

L'assorbimento di qualsiasi radiazione porta al rilascio di una certa quantità di energia sotto forma di calore, che viene dissipata dalle molecole eccitate nello spazio circostante. La radiazione infrarossa viene assorbita principalmente dall'acqua e causa principalmente effetti termici. Pertanto, la radiazione di laser infrarossi ad alta intensità provoca un notevole effetto termico immediato sul tessuto. L'effetto termico della radiazione laser in medicina è inteso principalmente come evaporazione (taglio) e coagulazione dei tessuti biologici. Questo vale per vari laser con un'intensità da 1 a 10 7 W/cm 2 e con una durata dell'irraggiamento da millisecondi a diversi secondi. Questi includono, ad esempio, il laser a gas CO 2 (con una lunghezza d'onda di 10,6 μm), il laser Nd:YAG (1,064 μm) e altri. Il laser Nd:YAG è il laser a quattro livelli a stato solido più utilizzato. La generazione viene effettuata sulle transizioni di ioni neodimio (Nd 3+) introdotti nei cristalli Y 3 Al 5 0 12 di granato ittrio alluminio (YAG).

Insieme al riscaldamento dei tessuti, parte del calore viene rimossa a causa della conducibilità termica e del flusso sanguigno. A temperature inferiori a 40 °C non si osservano danni irreversibili. A una temperatura di 60 °C iniziano la denaturazione delle proteine, la coagulazione dei tessuti e la necrosi. A 100-150 °C si provocano disidratazione e carbonizzazione, a temperature superiori a 300 °C il tessuto evapora.

Quando la radiazione proviene da un laser focalizzato ad alta intensità, la quantità di calore generata è elevata e si verifica un gradiente di temperatura nel tessuto. Nel punto di incidenza del raggio il tessuto evapora e nelle zone adiacenti si verifica carbonizzazione e coagulazione (Fig. 6). La fotoevaporazione è un metodo di rimozione strato per strato o taglio del tessuto. Come risultato della coagulazione, i vasi sono sigillati e l'emorragia si interrompe. Quindi un raggio focalizzato di un laser CO 2 continuo () con una potenza di circa 2 * 10 3 W / cm 2 viene utilizzato come bisturi chirurgico per tagliare i tessuti biologici.

Se la durata dell'esposizione viene ridotta (10 - 10 s) e l'intensità viene aumentata (oltre 10 6 W/cm 2 ), allora le dimensioni delle zone di carbonizzazione e di coagulazione diventano trascurabili. Questo processo è chiamato fotoablazione (fotorimozione) e viene utilizzato per rimuovere il tessuto strato per strato. La fotoablazione avviene a densità di energia di 0,01--100 J/cm 2 .

Con un ulteriore aumento dell'intensità (10 W/cm e oltre), è possibile un altro processo: il "guasto ottico". Questo fenomeno sta nel fatto che a causa dell'altissima intensità del campo elettrico della radiazione laser (paragonabile all'intensità dei campi elettrici intraatomici), si forma materia di ionizzazione, plasma e si generano onde d'urto meccaniche. Per la rottura ottica, non è richiesto l'assorbimento di quanti di luce da parte di una sostanza nel senso comune, si osserva in mezzi trasparenti, ad esempio nell'aria.

La radiazione laser in medicina è un'onda forzata o stimolata della gamma ottica con una lunghezza da 10 nm a 1000 μm (1 μm = 1000 nm).

La radiazione laser ha:
- coerenza - il flusso coordinato nel tempo di diversi processi ondulatori della stessa frequenza;
- monocromaticità - una lunghezza d'onda;
- polarizzazione - ordine dell'orientamento del vettore dell'intensità del campo elettromagnetico dell'onda nel piano perpendicolare alla sua propagazione.

Effetti fisici e fisiologici della radiazione laser

La radiazione laser (LI) ha attività fotobiologica. Le reazioni biofisiche e biochimiche dei tessuti alla radiazione laser sono diverse e dipendono dalla portata, dalla lunghezza d'onda e dall'energia del fotone della radiazione:

La radiazione IR (1000 micron - 760 nm, energia fotonica 1-1,5 eV) penetra a una profondità di 40-70 mm, provoca processi oscillatori - effetto termico;
- la radiazione visibile (760-400 nm, energia fotonica 2.0-3.1 eV) penetra a una profondità di 0.5-25 mm, provoca la dissociazione delle molecole e l'attivazione di reazioni fotochimiche;
- La radiazione UV (300-100 nm, energia fotonica 3,2-12,4 eV) penetra a una profondità di 0,1-0,2 mm, provoca la dissociazione e la ionizzazione delle molecole - effetto fotochimico.

L'effetto fisiologico della radiazione laser a bassa intensità (LILI) si realizza in modo nervoso e umorale:

Cambiamento nei tessuti dei processi biofisici e chimici;
- cambiamento nei processi metabolici;
- cambiamento nel metabolismo (bioattivazione);
- alterazioni morfologiche e funzionali del tessuto nervoso;
- stimolazione del sistema cardiovascolare;
- stimolazione del microcircolo;
- aumentare l'attività biologica degli elementi cellulari e tissutali della pelle, attiva i processi intracellulari nei muscoli, i processi redox, la formazione di miofibrille;
- aumenta la resistenza del corpo.

Cause di radiazioni laser ad alta intensità (10,6 e 9,6 µm).:

Ustione del tessuto termico;
- coagulazione dei tessuti biologici;
- carbonizzazione, combustione, evaporazione.

Effetto terapeutico del laser a bassa intensità (LILI)

Antinfiammatorio, riducendo il gonfiore dei tessuti;
- analgesico;
- stimolazione dei processi riparativi;
- effetto riflessogeno - stimolazione delle funzioni fisiologiche;
- effetto generalizzato - stimolazione della risposta immunitaria.

Effetto terapeutico della radiazione laser ad alta intensità

Azione antisettica, formazione di un film coagulante, barriera protettiva contro gli agenti tossici;
- taglio dei tessuti (bisturi laser);
- saldatura di protesi metalliche, apparecchi ortodontici.

Letture NILI

Processi infiammatori acuti e cronici;
- lesione dei tessuti molli;
- ustioni e congelamento;
- malattie della pelle;
- malattie del sistema nervoso periferico;
- malattie dell'apparato muscolo-scheletrico;
- malattia cardiovascolare;
- problemi respiratori;
- malattie del tratto gastrointestinale;
- malattie del sistema genito-urinario;
- malattie dell'orecchio, della gola, del naso;
- violazioni dello stato immunitario.

Indicazioni per la radiazione laser in odontoiatria

Malattie della mucosa orale;
- malattie parodontali;
- lesioni non cariose dei tessuti duri dei denti e carie;
- pulpite, parodontite;
- infiammazioni e traumi della regione maxillo-facciale;
- Malattie dell'ATM;
- dolore facciale.

Controindicazioni

Tumori benigni e maligni;
- gravidanza fino a 3 mesi;
- tireotossicosi, diabete di tipo 1, malattie del sangue, insufficienza della funzione respiratoria, dei reni, del fegato, della circolazione sanguigna;
- condizioni febbrili;
- malattia mentale;
- la presenza di un pacemaker impiantato;
- stati convulsi;
- intolleranza individuale al fattore.

Attrezzatura

I laser sono un dispositivo tecnico che emette radiazioni in una gamma ottica ristretta. I laser moderni sono classificati:

Per sostanza attiva (fonte di radiazione indotta) - stato solido, liquido, gas e semiconduttore;
- per lunghezza d'onda e radiazione - infrarossa, visibile e ultravioletta;
- in base all'intensità della radiazione - bassa intensità e alta intensità;
- secondo la modalità di generazione della radiazione - pulsata e continua.

I dispositivi sono dotati di teste radianti e ugelli specializzati - dentale, specchio, agopuntura, magnetico, ecc., che garantiscono l'efficacia del trattamento. L'uso combinato della radiazione laser e di un campo magnetico costante potenzia l'effetto terapeutico. Tre tipi di apparecchiature terapeutiche laser sono prodotti principalmente in serie:

1) basato su laser elio-neon operanti in modalità continua di generazione di radiazioni con una lunghezza d'onda di 0,63 μm e una potenza di uscita di 1-200 mW:

ULF-01, "Yagoda"
- AFL-1, AFL-2
- Navetta-1
- ALTM-01
-FALM-1
- "Platano-M1"
- "Atollo"
- ALOK-1 - apparecchio per l'irradiazione laser del sangue

2) basato su laser a semiconduttore che operano in modalità continua di generazione di radiazioni con una lunghezza d'onda di 0,67-1,3 μm e una potenza di uscita di 1-50 mW:

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

3) basato su laser a semiconduttore che funzionano in modalità pulsata di generazione di radiazioni con una lunghezza d'onda di 0,8-0,9 μm, una potenza di impulso di 2-15 W:

- "Uzor", "Uzor-2K"
- "Lazurit-ZM"
- "Luzar MP"
- "Nego"
- "Azor-2K"
- "Effetto"

Dispositivi per magneto-laserterapia:

- "Malada"
- AMLT-01
- "Svetoch-1"
- "Azzurro"
- "Erge"
- MILTA - infrarosso magnetico

Tecnica e metodi della radiazione laser

L'impatto di LI viene effettuato sulla lesione o organo, zona metamerica segmentale (cutanea), punto biologicamente attivo. Nel trattamento della carie profonda e della pulpite con metodo biologico, l'irradiazione viene effettuata nella zona del fondo della cavità cariata e del collo del dente; parodontite: la guida di luce viene inserita nel canale radicolare, precedentemente trattato meccanicamente e medicamente, e fatta avanzare fino alla sommità della radice del dente.

Il metodo di irradiazione laser è stabile, scansione stabile o scansione, contatto o remoto.

Dosaggio

Le risposte a LI dipendono dai parametri di dosaggio:

Lunghezza d'onda;
- metodologia;
- modalità operativa - continua o pulsata;
- intensità, densità di potenza (PM): LI a bassa intensità - soft (1-2 mW) viene utilizzato per influenzare le zone riflessogene; medio (2-30 mW) e duro (30-500 mW) - nell'area del focus patologico;
- tempo di esposizione a un campo - 1-5 minuti, il tempo totale non supera i 15 minuti. tutti i giorni oa giorni alterni;
- un ciclo di trattamento di 3-10 procedure, ripetuto dopo 1-2 mesi.

Sicurezza

Gli occhi del medico e del paziente sono protetti dagli occhiali SZS-22, SZO-33;
- non puoi guardare la fonte delle radiazioni;
- le pareti dell'armadio devono essere opache;
- premere il pulsante "start" dopo aver installato l'emettitore sul focus patologico.

La luce è stata usata per trattare una varietà di disturbi da tempo immemorabile. Gli antichi greci e romani spesso "prendevano il sole" come medicina. E l'elenco delle malattie a cui si attribuiva il trattamento con la luce era piuttosto ampio.

La vera alba della fototerapia arrivò nel XIX secolo: con l'invenzione delle lampade elettriche apparvero nuove opportunità. Alla fine del XIX secolo, hanno cercato di curare il vaiolo e il morbillo con la luce rossa, ponendo il paziente in una camera speciale con emettitori rossi. Inoltre, vari "bagni di colore" (cioè luce di vari colori) sono stati usati con successo per curare le malattie mentali. Inoltre, la posizione di leader nel campo della fototerapia all'inizio del ventesimo secolo era occupata dall'Impero russo.

All'inizio degli anni Sessanta apparvero i primi dispositivi medici laser. Oggi le tecnologie laser sono utilizzate in quasi tutte le malattie.

1. Base fisica per l'uso della tecnologia laser in medicina

1.1 Come funziona il laser

I laser si basano sul fenomeno dell'emissione stimolata, la cui esistenza fu postulata da A. Einstein nel 1916. Nei sistemi quantistici con livelli energetici discreti, esistono tre tipi di transizioni tra stati energetici: transizioni indotte, transizioni spontanee e rilassamento non radiativo transizioni. Le proprietà dell'emissione stimolata determinano la coerenza dell'emissione e dell'amplificazione nell'elettronica quantistica. L'emissione spontanea provoca la presenza di rumore, funge da impulso seme nel processo di amplificazione ed eccitazione delle oscillazioni e, insieme alle transizioni di rilassamento non radiative, svolge un ruolo importante nell'ottenere e mantenere uno stato radiante termodinamicamente non in equilibrio.

Con le transizioni indotte, un sistema quantistico può essere trasferito da uno stato energetico a un altro sia con assorbimento di energia del campo elettromagnetico (transizione da un livello energetico inferiore a uno superiore) sia con emissione di energia elettromagnetica (transizione da un livello energetico superiore a uno superiore) uno inferiore).

La luce si propaga sotto forma di onda elettromagnetica, mentre l'energia durante l'emissione della radiazione e l'assorbimento è concentrata in quanti di luce, mentre l'interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, come mostrato da Einstein nel 1917, insieme all'assorbimento e all'emissione spontanea, ha stimolato radiazione (indotta), che costituisce la base per lo sviluppo dei laser.

Amplificazione delle onde elettromagnetiche dovuta all'emissione stimolata o all'inizio di oscillazioni autoeccitate della radiazione elettromagnetica nella gamma delle onde centimetriche e quindi creazione di un dispositivo chiamato maser(amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazione), è stata implementata nel 1954. A seguito di una proposta (1958) di estendere questo principio di amplificazione a onde luminose molto più corte, nel 1960 il primo laser(Amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione).

Il laser è una sorgente luminosa con la quale è possibile ottenere radiazioni elettromagnetiche coerenti, che ci sono note dall'ingegneria radio e dalla tecnologia a microonde, nonché nelle regioni spettrali a onde corte, in particolare infrarosse e visibili.

1.2 Tipi di laser

I tipi esistenti di laser possono essere classificati in base a diversi criteri. Innanzitutto in base allo stato di aggregazione del mezzo attivo: gas, liquido, solido. Ognuna di queste grandi classi è suddivisa in classi più piccole: in base alle caratteristiche del mezzo attivo, al tipo di pompaggio, al metodo di creazione dell'inversione e così via. Ad esempio, tra i laser a stato solido, spicca abbastanza chiaramente un'ampia classe di laser a semiconduttore, in cui il pompaggio di iniezione è più ampiamente utilizzato. Tra i laser a gas si distinguono i laser atomici, ionici e molecolari. Un posto speciale tra tutti gli altri laser è occupato da un laser a elettroni liberi, che si basa sull'effetto classico della generazione di luce da parte di particelle cariche relativistiche nel vuoto.

1.3 Caratteristiche della radiazione laser

La radiazione laser differisce dalle sorgenti luminose convenzionali per le seguenti caratteristiche:

Alta densità di energia spettrale;

Monocromatico;

Elevata coerenza temporale e spaziale;

Elevata stabilità dell'intensità della radiazione laser in modalità stazionaria;

La capacità di generare impulsi luminosi molto brevi.

Queste proprietà speciali della radiazione laser gli forniscono una varietà di applicazioni. Sono determinati principalmente dal processo di generazione della radiazione dovuto all'emissione stimolata, che è fondamentalmente diverso dalle sorgenti luminose convenzionali.

Le principali caratteristiche del laser sono: lunghezza d'onda, potenza e modalità di funzionamento, che può essere continua o pulsata.

I laser sono ampiamente utilizzati nella pratica medica, principalmente in chirurgia, oncologia, oftalmologia, dermatologia, odontoiatria e altri settori. Il meccanismo di interazione della radiazione laser con un oggetto biologico non è ancora del tutto compreso, ma si può notare che si verificano effetti termici o interazioni risonanti con le cellule dei tessuti.

Il trattamento laser è sicuro, è molto importante per le persone con allergie ai farmaci.

2. Meccanismo di interazione della radiazione laser con i tessuti biologici

2.1 Tipi di interazione

Una proprietà importante della radiazione laser per la chirurgia è la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue (vascolarizzato).

Soprattutto, coagulazione si verifica a causa dell'assorbimento della radiazione laser da parte del sangue, del suo forte riscaldamento fino all'ebollizione e della formazione di coaguli di sangue. Pertanto, il bersaglio assorbente durante la coagulazione può essere l'emoglobina o la componente acquosa del sangue. Ciò significa che la radiazione laser nello spettro arancione-verde (laser KTP, vapore di rame) e laser a infrarossi (neodimio, olmio, erbio in vetro, laser CO2) coagulerà bene il tessuto biologico.

Tuttavia, con un assorbimento molto elevato nel tessuto biologico, come, ad esempio, con un laser a granato di erbio con una lunghezza d'onda di 2,94 μm, la radiazione laser viene assorbita a una profondità di 5-10 μm e potrebbe non raggiungere affatto il bersaglio: il capillare .

I laser chirurgici si dividono in due grandi gruppi: ablativo(dal latino ablatio - "portare via"; in medicina - rimozione chirurgica, amputazione) e non ablativo laser. I laser ablativi sono più vicini al bisturi. I laser non ablativi funzionano secondo un principio diverso: dopo aver trattato un oggetto, ad esempio una verruca, un papilloma o un emangioma, con un tale laser, questo oggetto rimane al suo posto, ma dopo qualche tempo vi passano una serie di effetti biologici e muore. In pratica si presenta così: la neoplasia si mummifica, si secca e scompare.

In chirurgia vengono utilizzati laser CO2 continui. Il principio si basa sull'azione termica. I vantaggi della chirurgia laser sono che è senza contatto, praticamente esangue, sterile, locale, fornisce una guarigione regolare del tessuto inciso e quindi buoni risultati estetici.

In oncologia, è stato notato che il raggio laser ha un effetto distruttivo sulle cellule tumorali. Il meccanismo di distruzione si basa sull'effetto termico, che si traduce in una differenza di temperatura tra la superficie e le parti interne dell'oggetto, portando a forti effetti dinamici e alla distruzione delle cellule tumorali.

Oggi, anche una direzione come la terapia fotodinamica è molto promettente. Ci sono molti articoli sull'applicazione clinica di questo metodo. La sua essenza sta nel fatto che una sostanza speciale viene introdotta nel corpo del paziente - fotosensibilizzante. Questa sostanza viene accumulata selettivamente dal tumore canceroso. Dopo aver irradiato il tumore con uno speciale laser, si verificano una serie di reazioni fotochimiche con il rilascio di ossigeno, che uccide le cellule tumorali.

Uno dei metodi di esposizione alle radiazioni laser sul corpo è irradiazione del sangue con laser per via endovenosa(ILBI), attualmente utilizzato con successo in cardiologia, pneumologia, endocrinologia, gastroenterologia, ginecologia, urologia, anestesiologia, dermatologia e altri campi della medicina. L'approfondito studio scientifico del problema e la prevedibilità dei risultati contribuiscono all'uso di ILBI sia indipendentemente che in combinazione con altri metodi di trattamento.

Per ILBI, la radiazione laser viene solitamente utilizzata nella regione rossa dello spettro.
(0,63 micron) con una potenza di 1,5-2 mW. Il trattamento viene effettuato quotidianamente oa giorni alterni; per corso da 3 a 10 sessioni. Il tempo di esposizione per la maggior parte delle malattie è di 15-20 minuti per sessione per gli adulti e di 5-7 minuti per i bambini. La terapia laser endovenosa può essere eseguita in quasi tutti gli ospedali o le cliniche. Il vantaggio della terapia laser ambulatoriale è di ridurre la possibilità di sviluppare un'infezione nosocomiale, viene creato un buon background psico-emotivo, che consente al paziente di mantenere la capacità lavorativa per lungo tempo, mentre esegue le procedure e riceve un trattamento completo.

In oftalmologia, i laser sono utilizzati sia per il trattamento che per la diagnosi. Con l'aiuto di un laser, la retina viene saldata, i vasi della coroide oculare vengono saldati. Per la microchirurgia per il trattamento del glaucoma vengono utilizzati laser ad argon che emettono nella regione blu-verde dello spettro. I laser ad eccimeri sono stati utilizzati con successo per la correzione della vista per molto tempo.

In dermatologia, la radiazione laser viene utilizzata per trattare molte malattie della pelle gravi e croniche, nonché per rimuovere i tatuaggi. Quando irradiato con un laser, si attiva il processo rigenerativo, si attiva lo scambio di elementi cellulari.

Il principio di base dell'uso dei laser in cosmetologia è che la luce colpisce solo l'oggetto o la sostanza che la assorbe. Nella pelle, la luce viene assorbita da sostanze speciali: i cromofori. Ogni cromoforo assorbe in un certo intervallo di lunghezze d'onda, ad esempio, per lo spettro arancione e verde è l'emoglobina del sangue, per lo spettro rosso è la melanina dei capelli e per lo spettro infrarosso è l'acqua cellulare.

Quando la radiazione viene assorbita, l'energia del raggio laser viene convertita in calore nell'area della pelle che contiene il cromoforo. Con una potenza sufficiente del raggio laser, ciò porta alla distruzione termica del bersaglio. Pertanto, con l'aiuto di un laser, è possibile influenzare selettivamente, ad esempio, radici dei capelli, macchie senili e altri difetti della pelle.

Tuttavia, a causa del trasferimento di calore, anche le regioni vicine vengono riscaldate, anche se contengono pochi cromofori che assorbono la luce. I processi di assorbimento e trasferimento del calore dipendono dalle proprietà fisiche del bersaglio, dalla sua profondità e dimensione. Pertanto, nella cosmetologia laser, è importante selezionare attentamente non solo la lunghezza d'onda, ma anche l'energia e la durata degli impulsi laser.

In odontoiatria, la radiazione laser è il trattamento fisioterapico più efficace per la malattia parodontale e le malattie della mucosa orale.

Viene utilizzato un raggio laser al posto dell'agopuntura. I vantaggi dell'utilizzo di un raggio laser è che non c'è contatto con un oggetto biologico, e, di conseguenza, il processo è sterile e indolore con alta efficienza.

Gli strumenti a guida di luce e i cateteri per la chirurgia laser sono progettati per fornire radiazioni laser ad alta potenza al sito dell'intervento chirurgico durante operazioni aperte, endoscopiche e laparoscopiche in urologia, ginecologia, gastroenterologia, chirurgia generale, artroscopia, dermatologia. Consentono il taglio, l'escissione, l'ablazione, la vaporizzazione e la coagulazione dei tessuti durante le operazioni chirurgiche a contatto con il tessuto biologico o in una modalità di applicazione senza contatto (quando l'estremità della fibra viene rimossa dal tessuto biologico). L'uscita della radiazione può essere effettuata sia dall'estremità della fibra che attraverso una finestra sulla superficie laterale della fibra. Possono essere utilizzati sia in ambienti aria (gas) che acqua (liquidi). Su ordine separato, per facilità d'uso, i cateteri sono dotati di una maniglia facilmente rimovibile: il supporto della guida luminosa.

Nella diagnostica, i laser vengono utilizzati per rilevare varie disomogeneità (tumori, ematomi) e misurare i parametri di un organismo vivente. Le basi delle operazioni diagnostiche si riducono al passaggio di un raggio laser attraverso il corpo del paziente (o uno dei suoi organi) e la diagnosi basata sullo spettro o sull'ampiezza della radiazione trasmessa o riflessa. Sono noti metodi per rilevare tumori cancerosi in oncologia, ematomi in traumatologia, nonché per misurare i parametri del sangue (quasi tutti, dalla pressione sanguigna allo zucchero e all'ossigeno).

2.2 Peculiarità dell'interazione laser per vari parametri di radiazione

Ai fini della chirurgia, il raggio laser deve essere abbastanza potente da riscaldare il tessuto biologico oltre i 50 - 70 °C, il che porta alla sua coagulazione, taglio o evaporazione. Pertanto, nella chirurgia laser, quando si parla della potenza della radiazione laser di un particolare dispositivo, operano con numeri che indicano unità, decine e centinaia di watt.

I laser chirurgici sono sia continui che pulsati, a seconda del tipo di mezzo attivo. Convenzionalmente, possono essere divisi in tre gruppi in base al livello di potenza.

1. Coagulante: 1 - 5W.

2. Vaporizzazione e taglio superficiale: 5 - 20 watt.

3. Taglio profondo: 20 - 100 W.

Ogni tipo di laser è principalmente caratterizzato dalla sua lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda determina il grado di assorbimento della radiazione laser da parte del biotessuto e, quindi, la profondità di penetrazione e il grado di riscaldamento sia dell'area dell'intervento chirurgico che del tessuto circostante.

Dato che l'acqua è contenuta in quasi tutti i tipi di tessuto biologico, si può dire che per la chirurgia è preferibile utilizzare un tale tipo di laser, la cui radiazione ha un coefficiente di assorbimento in acqua superiore a 10 cm-1 o, qual è lo stesso, la cui profondità di penetrazione non supera 1 mm.

Altre importanti caratteristiche dei laser chirurgici,
determinare il loro uso in medicina:

potenza di radiazione;

funzionamento continuo o pulsato;

la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue;

la possibilità di trasmettere radiazioni attraverso una fibra ottica.

Quando la radiazione laser viene applicata a un tessuto biologico, prima si riscalda e poi evapora. Un taglio efficace del tessuto biologico richiede da un lato una rapida evaporazione nel sito del taglio e dall'altro un riscaldamento concomitante minimo dei tessuti circostanti.

Con la stessa potenza di radiazione media, un breve impulso riscalda il tessuto più velocemente della radiazione continua e, allo stesso tempo, la distribuzione del calore ai tessuti circostanti è minima. Ma se gli impulsi hanno una bassa frequenza di ripetizione (meno di 5 Hz), allora è difficile eseguire un'incisione continua, è più simile a una perforazione. Pertanto, il laser dovrebbe preferibilmente essere pulsato con una frequenza di ripetizione dell'impulso maggiore di 10 Hz e la durata dell'impulso più breve possibile per ottenere un'elevata potenza di picco.

In pratica, la potenza di uscita ottimale per la chirurgia è compresa tra 15 e 60 W, a seconda della lunghezza d'onda del laser e dell'applicazione.

3. Metodi laser promettenti in medicina e biologia

Lo sviluppo della medicina laser si sviluppa lungo tre rami principali: laserchirurgia, laserterapia e laserdiagnostica. Le proprietà uniche del raggio laser consentono di eseguire operazioni precedentemente impossibili con nuovi metodi efficaci e minimamente invasivi.

C'è un crescente interesse per le terapie non farmacologiche, compresa la terapia fisica. Spesso sorgono situazioni in cui è necessario eseguire non una fisioterapia, ma diverse, e quindi il paziente deve spostarsi da una cabina all'altra, vestirsi e svestirsi più volte, il che crea ulteriori problemi e perdita di tempo.

La varietà di metodi di azione terapeutica richiede l'uso di laser con diversi parametri di radiazione. A tale scopo vengono utilizzate diverse teste di emissione che contengono uno o più laser e un'interfaccia elettronica per i segnali di controllo dall'unità base con il laser.

Le teste emettitrici sono suddivise in universali, che ne consentono l'utilizzo sia esternamente (utilizzando ugelli a specchio e magnetici) che intracavitarie utilizzando speciali ugelli ottici; matrice, con un'ampia area di radiazione e applicata superficialmente, oltre che specializzata. Vari ugelli ottici consentono di fornire radiazioni nell'area di influenza desiderata.

Il principio del blocco consente l'uso di un'ampia gamma di teste laser e LED con diverse caratteristiche spettrali, spazio-temporali ed energetiche, che, a sua volta, eleva l'efficacia del trattamento a un livello qualitativamente nuovo grazie all'implementazione combinata di varie terapie laser tecniche. L'efficacia del trattamento è determinata principalmente da metodi e attrezzature efficaci che ne garantiscono l'attuazione. Le tecniche moderne richiedono la possibilità di selezionare vari parametri di esposizione (modalità di radiazione, lunghezza d'onda, potenza) in un'ampia gamma. Un dispositivo per la terapia laser (ALT) deve fornire questi parametri, il loro controllo e visualizzazione affidabili e allo stesso tempo essere semplice e comodo da usare.

4. Laser utilizzati nella tecnologia medica

4.1 Laser CO2

Laser CO2, cioè. un laser il cui componente emittente del mezzo attivo è l'anidride carbonica CO2 occupa un posto speciale tra tutta la varietà dei laser esistenti. Questo laser unico si distingue principalmente per il fatto che è caratterizzato sia da una grande produzione di energia che da un'elevata efficienza. Sono state ottenute enormi potenze in modalità continua: diverse decine di kilowatt, la potenza pulsata ha raggiunto un livello di diversi gigawatt, l'energia dell'impulso è misurata in kilojoule. L'efficienza di un laser CO2 (circa il 30%) supera l'efficienza di tutti i laser. La frequenza di ripetizione nella modalità a impulsi ripetuti può essere di diversi kilohertz. Le lunghezze d'onda della radiazione laser CO2 sono nell'intervallo di 9-10 µm (intervallo IR) e rientrano nella finestra di trasparenza dell'atmosfera. Pertanto, la radiazione laser CO2 è conveniente per un'azione intensiva sulla materia. Inoltre, le frequenze di assorbimento risonante di molte molecole rientrano nell'intervallo delle lunghezze di emissione del laser CO2.

La Figura 1 mostra i livelli vibrazionali inferiori dello stato fondamentale elettronico insieme a una rappresentazione simbolica della forma vibrazionale della molecola di CO2.

Figura 20 - Livelli inferiori della molecola di CO2

Il ciclo di pompaggio laser di un laser CO2 in condizioni stazionarie è il seguente. Gli elettroni del plasma a scarica luminescente eccitano le molecole di azoto, che trasferiscono l'energia di eccitazione alla vibrazione di stiramento asimmetrico delle molecole di CO2, che ha una lunga durata ed è il livello laser superiore. Il livello laser inferiore è solitamente il primo livello eccitato della vibrazione di stiramento simmetrico, che è fortemente accoppiato dalla risonanza di Fermi alla vibrazione di flessione e quindi si rilassa rapidamente insieme a questa vibrazione nelle collisioni con l'elio. Ovviamente, lo stesso canale di rilassamento è efficace quando il secondo livello eccitato della modalità di deformazione è il livello laser inferiore. Pertanto, un laser CO2 è un laser a miscela di anidride carbonica, azoto ed elio, in cui CO2 fornisce radiazioni, N2 pompa il livello superiore e He esaurisce il livello inferiore.

I laser a CO2 di media potenza (da decine a centinaia di watt) sono progettati separatamente sotto forma di tubi relativamente lunghi con scarico longitudinale e circolazione longitudinale del gas. Un design tipico di un tale laser è mostrato nella Figura 2. Qui 1 è un tubo di scarica, 2 sono elettrodi ad anello, 3 è un lento rinnovamento del mezzo, 4 è un plasma di scarica, 5 è un tubo esterno, 6 è in funzione di raffreddamento acqua, 7.8 è un risonatore.

Figura 20 - Schema di un laser a CO2 raffreddato per diffusione

Il pompaggio longitudinale serve a rimuovere i prodotti di dissociazione della miscela gassosa nello scarico. Il raffreddamento del gas di lavoro in tali sistemi avviene per diffusione sulla parete del tubo di scarico raffreddato dall'esterno. La conduttività termica del materiale della parete è essenziale. Da questo punto di vista, è consigliabile utilizzare tubi in ceramica al corindone (Al2O3) o al berillio (BeO).

Gli elettrodi sono realizzati ad anello, non bloccando il percorso delle radiazioni. Il calore Joule viene trasferito per conduzione termica alle pareti del tubo, ad es. viene utilizzato il raffreddamento a diffusione. Uno specchio sordo è fatto di metallo, uno traslucido è fatto di NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Un'alternativa al raffreddamento per diffusione è il raffreddamento per convezione. Il gas di lavoro viene soffiato attraverso la regione di scarica ad alta velocità e il calore Joule viene rimosso dalla scarica. L'uso del pompaggio rapido consente di aumentare la densità del rilascio di energia e la rimozione di energia.

Il laser CO2 in medicina viene utilizzato quasi esclusivamente come "bisturi ottico" per il taglio e la vaporizzazione in tutti gli interventi chirurgici. L'azione di taglio di un raggio laser focalizzato si basa sull'evaporazione esplosiva dell'acqua intra ed extracellulare nell'area di messa a fuoco, a causa della quale la struttura del materiale viene distrutta. La distruzione del tessuto porta alla caratteristica forma dei bordi della ferita. In un'area di interazione ristretta, la temperatura di 100 °C viene superata solo quando si raggiunge la disidratazione (raffreddamento evaporativo). Un ulteriore aumento della temperatura porta alla rimozione del materiale per carbonizzazione o evaporazione del tessuto. Direttamente nelle zone marginali si forma un sottile ispessimento necrotico di 30-40 micron di spessore a causa della scarsa conducibilità termica nel caso generale. A una distanza di 300-600 micron, il danno tissutale non si forma più. Nella zona di coagulazione, i vasi sanguigni fino a 0,5-1 mm di diametro si chiudono spontaneamente.

I dispositivi chirurgici basati sul laser CO2 sono attualmente offerti in una gamma abbastanza ampia. La guida del raggio laser nella maggior parte dei casi viene effettuata utilizzando un sistema di specchi incernierati (manipolatore), che termina con uno strumento con ottica di focalizzazione incorporata, che il chirurgo manipola nell'area operata.

4.2 Laser elio-neon

IN laser al neon di elio la sostanza di lavoro è atomi di neon neutri. L'eccitazione è effettuata da una scarica elettrica. In puro neon, è difficile creare un'inversione in modalità continua. Questa difficoltà, in molti casi abbastanza generale, viene superata introducendo nella scarica un gas aggiuntivo, l'elio, che funge da donatore di energia di eccitazione. Le energie dei primi due livelli metastabili eccitati dell'elio (figura 3) coincidono esattamente con le energie dei livelli 3s e 2s del neon. Pertanto, le condizioni per il trasferimento dell'eccitazione risonante secondo lo schema

Figura 20 - Diagramma livello laser He-Ne

A pressioni di neon ed elio scelte correttamente che soddisfano la condizione

è possibile ottenere una popolazione di uno o entrambi i livelli di neon 3s e 2s, che è molto più alta di quella del neon puro, e ottenere un'inversione di popolazione.

L'esaurimento dei livelli laser inferiori si verifica nei processi di collisione, comprese le collisioni con le pareti del tubo di scarica del gas.

Gli atomi di elio (e neon) sono eccitati in una scarica a bagliore a bassa corrente (Figura 4). Nei laser CW basati su atomi o molecole neutri, il plasma debolmente ionizzato di una colonna di scarica a bagliore positivo viene spesso utilizzato per creare un mezzo attivo. La densità di corrente di scarica a bagliore è di 100-200 mA/cm2. L'intensità del campo elettrico longitudinale è tale che il numero di elettroni e ioni che si formano in un singolo segmento del traferro di scarica compensa la perdita di particelle cariche durante la loro diffusione alle pareti del tubo di scarica del gas. Quindi la colonna a scarica positiva è stazionaria e omogenea. La temperatura dell'elettrone è determinata dal prodotto della pressione del gas per il diametro interno del tubo. A valori bassi la temperatura dell'elettrone è alta, a valori grandi è bassa. La costanza del valore determina le condizioni per la similitudine degli scarichi. A densità costante del numero di elettroni, le condizioni e i parametri delle scariche rimarranno invariati se il prodotto è invariato. La densità numerica degli elettroni in un plasma debolmente ionizzato di una colonna positiva è proporzionale alla densità di corrente.

Per un laser elio-neon, i valori ottimali di , così come la composizione parziale della miscela di gas, sono leggermente diversi per le diverse regioni spettrali di generazione.

Nella regione di 0,63 μm, la più intensa delle linee della serie: la linea (0,63282 μm) corrisponde al Torx mm ottimale.

Figura 20 - Schema strutturale del laser He-Ne

I valori tipici della potenza di radiazione dei laser elio-neon dovrebbero essere considerati decine di milliwatt nelle regioni 0,63 e 1,15 μm e centinaia nella regione 3,39 μm. La durata dei laser è limitata dai processi nella scarica ed è calcolata in anni. Col passare del tempo, la composizione del gas viene disturbata nella scarica. A causa dell'assorbimento di atomi nelle pareti e negli elettrodi, si verifica il processo di "indurimento", la pressione diminuisce e il rapporto tra le pressioni parziali di He e Ne cambia.

La massima stabilità a breve termine, semplicità e affidabilità del design di un laser a elio-neon si ottengono quando gli specchi del risonatore sono installati all'interno del tubo di scarica. Tuttavia, con una tale disposizione, gli specchi si guastano in tempi relativamente brevi a causa del bombardamento del plasma di scarica da parte di particelle cariche. Pertanto, il design in cui il tubo a scarica di gas è posto all'interno del risonatore (Fig. 5) e le sue estremità sono dotate di finestre situate all'angolo di Brewster rispetto all'asse ottico è diventato il più diffuso, garantendo così la polarizzazione lineare della radiazione. Tale disposizione presenta una serie di vantaggi: l'allineamento degli specchi del risonatore è semplificato, la durata del tubo di scarico del gas e degli specchi è aumentata, la loro sostituzione è facilitata, diventa possibile controllare il risonatore e utilizzare un risonatore dispersivo, selezionare le modalità, ecc.

Figura 20 - Cavità laser He-Ne

Il passaggio tra le bande di generazione (Figura 6) in un laser elio-neon sintonizzabile viene solitamente fornito introducendo un prisma e un reticolo di diffrazione viene solitamente utilizzato per la messa a punto della linea di generazione.

Figura 20 - Utilizzo di un prisma di Litrow

4.3 Laser YAG

Lo ione neodimio trivalente attiva facilmente molte matrici. Di questi, i più promettenti erano i cristalli granato ittrio alluminio Y3Al5O12 (YAG) e vetro. Il pompaggio trasforma gli ioni Nd3+ dallo stato fondamentale 4I9/2 in diverse bande relativamente strette che svolgono il ruolo del livello superiore. Queste bande sono formate da un numero di stati eccitati sovrapposti, le loro posizioni e larghezze variano alquanto da matrice a matrice. Dalle bande di pompaggio, c'è un rapido trasferimento di energia di eccitazione al livello metastabile 4F3/2 (Fig. 7).

Figura 20 - Livelli energetici degli ioni di terre rare trivalenti

Più le bande di assorbimento sono vicine al livello 4F3/2, maggiore è l'efficienza del laser. Il vantaggio dei cristalli YAG è la presenza di una linea di assorbimento rosso intenso.

La tecnologia di crescita dei cristalli si basa sul metodo Czochralski, quando YAG e un additivo vengono fusi in un crogiolo di iridio a una temperatura di circa 2000 °C, seguita dalla separazione di parte del fuso dal crogiolo utilizzando un seme. La temperatura del seme è leggermente inferiore alla temperatura della massa fusa e, una volta estratta, la massa fusa si cristallizza gradualmente sulla superficie del seme. L'orientamento cristallografico del fuso cristallizzato riproduce l'orientamento del seme. Il cristallo viene fatto crescere in un mezzo inerte (argon o azoto) a pressione normale con una piccola aggiunta di ossigeno (1-2%). Una volta raggiunta la lunghezza desiderata, il cristallo viene lentamente raffreddato per evitare fratture dovute a sollecitazioni termiche. Il processo di crescita richiede dalle 4 alle 6 settimane ed è controllato dal computer.

I laser al neodimio operano in un'ampia gamma di modalità di generazione, da continua a essenzialmente pulsata con una durata fino a femtosecondi. Quest'ultimo si ottiene bloccando la modalità in un'ampia linea di guadagno, caratteristica degli occhiali laser.

Quando si creano laser al neodimio, così come al rubino, vengono implementati tutti i metodi caratteristici per il controllo dei parametri della radiazione laser sviluppati dall'elettronica quantistica. Oltre alla cosiddetta generazione libera, che dura per quasi l'intera durata dell'impulso della pompa, si sono diffusi i regimi del fattore di qualità commutabile (modulato) e del blocco della modalità (autobloccante).

Nella modalità a corsa libera, la durata degli impulsi di radiazione è 0,1 ... 10 ms, l'energia di radiazione nei circuiti di amplificazione di potenza è di circa 10 ps quando vengono utilizzati dispositivi elettro-ottici per la commutazione Q. Un ulteriore accorciamento degli impulsi di generazione si ottiene utilizzando filtri sbiancabili sia per la commutazione Q (0,1...10 ps) che per il blocco della modalità (1...10 ps).

Sotto l'influenza dell'intensa radiazione laser Nd-YAG sul tessuto biologico, si formano necrosi piuttosto profonde (focus di coagulazione). L'effetto di rimozione del tessuto, e quindi l'azione di taglio, è trascurabile rispetto a quello di un laser CO2. Pertanto, il laser Nd-YAG viene utilizzato principalmente per la coagulazione del sanguinamento e per la necrosi di aree di tessuto patologicamente alterate in quasi tutte le aree della chirurgia. Poiché, inoltre, la trasmissione delle radiazioni è possibile attraverso cavi ottici flessibili, si aprono prospettive per l'uso di un laser Nd-YAG nelle cavità del corpo.

4.4 Laser a semiconduttore

Laser a semiconduttore emettono nelle gamme UV, visibile o IR (0,32 ... 32 micron) radiazioni coerenti; i cristalli semiconduttori sono usati come mezzo attivo.

Attualmente sono noti più di 40 diversi materiali semiconduttori adatti ai laser. Il pompaggio del mezzo attivo può essere effettuato mediante fasci di elettroni o radiazione ottica (0,32...16 µm), nella giunzione p-n di un materiale semiconduttore mediante corrente elettrica da una tensione esterna applicata (iniezione di portatori di carica, 0,57... 32 µm).

I laser ad iniezione differiscono da tutti gli altri tipi di laser per le seguenti caratteristiche:

Elevata efficienza energetica (superiore al 10%);

Facilità di eccitazione (conversione diretta dell'energia elettrica in radiazione coerente - sia in modalità di funzionamento continua che pulsata);

Possibilità di modulazione diretta con corrente elettrica fino a 1010 Hz;

Dimensioni estremamente ridotte (lunghezza inferiore a 0,5 mm; larghezza non superiore a 0,4 mm; altezza non superiore a 0,1 mm);

Bassa tensione della pompa;

Affidabilità meccanica;

Lunga durata (fino a 107 ore).

4.5 Laser ad eccimeri

Laser ad eccimeri, che rappresentano una nuova classe di sistemi laser, aprono la gamma UV per l'elettronica quantistica. È conveniente spiegare il principio di funzionamento dei laser ad eccimeri usando l'esempio di un laser allo xeno (nm). Lo stato fondamentale della molecola Xe2 è instabile. Un gas non eccitato consiste principalmente di atomi. Popolazione dello stato laser superiore, ad es. la creazione della stabilità eccitata della molecola avviene sotto l'azione di un raggio di elettroni veloci in una complessa sequenza di processi collisionali. Tra questi processi, la ionizzazione e l'eccitazione dello xeno da parte degli elettroni giocano un ruolo importante.

Gli eccimeri di alogenuri di gas rari (monoalogenuri di gas nobili) sono di grande interesse, soprattutto perché, contrariamente al caso dei dimeri di gas nobili, i laser corrispondenti operano non solo con eccitazione a fascio di elettroni, ma anche con eccitazione a scarica di gas. Il meccanismo di formazione dei termini superiori delle transizioni laser in questi eccimeri è in gran parte poco chiaro. Considerazioni qualitative indicano che sono più facili da formare che nel caso dei dimeri di gas nobili. Esiste una profonda analogia tra molecole eccitate composte da materiale alcalino e atomi di alogeni. Un atomo di un gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile a un atomo di un metallo alcalino e un alogeno. Un atomo di un gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile all'atomo di un metallo alcalino, che lo segue nella tavola periodica. Questo atomo è facilmente ionizzato perché l'energia di legame dell'elettrone eccitato è bassa. A causa dell'elevata affinità per l'elettrone alogeno, questo elettrone si stacca facilmente e, quando gli atomi corrispondenti si scontrano, salta volentieri su una nuova orbita che unisce gli atomi, effettuando così la cosiddetta reazione dell'arpione.

I tipi più comuni di laser ad eccimeri sono: 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 Laser a colorante

Caratteristica distintiva laser colorantiè la capacità di lavorare in un'ampia lunghezza d'onda dal vicino IR al vicino UV, sintonizzazione regolare della lunghezza d'onda di generazione in un intervallo di diverse decine di nanometri con monocromaticità che raggiunge 1-1,5 MHz. I laser a colorante funzionano in modalità cw, pulsata e pulsata ripetutamente. L'energia degli impulsi di radiazione raggiunge centinaia di joule, la potenza della generazione continua è di decine di watt, la frequenza di ripetizione è di centinaia di hertz e l'efficienza è di decine di percento (con pompaggio laser). Nella modalità pulsata, la durata della generazione è determinata dalla durata degli impulsi della pompa. Nella modalità di blocco della modalità, vengono raggiunti gli intervalli di durata del picosecondo e del subpicosecondo.

Le proprietà dei laser a colorante sono determinate dalle proprietà della loro sostanza di lavoro, i coloranti organici. ColorantiÈ consuetudine chiamare composti organici complessi con un sistema ramificato di legami chimici complessi che hanno intense bande di assorbimento nelle regioni visibili e vicine allo spettro UV. Composti organici colorati contengono saturi gruppi cromofori tipo NO2, N=N, =CO, responsabile della colorazione. La presenza dei cosiddetti gruppi auxocromici tipo NH3, OH conferisce proprietà coloranti al composto.

4.7 Laser ad argon

Laser ad argon si riferisce al tipo di laser a scarica di gas che si generano sulle transizioni tra i livelli di ioni principalmente nella parte blu-verde delle regioni visibili e vicino all'ultravioletto dello spettro.

Tipicamente, questo laser emette a lunghezze d'onda di 0,488 µm e 0,515 µm, nonché nell'ultravioletto a lunghezze d'onda di 0,3511 µm e 0,3638 µm.

La potenza può raggiungere i 150 W (design industriale 2 ore 10 W, durata utile entro 100 ore). Lo schema di progettazione di un laser ad argon con eccitazione a corrente continua è mostrato nella Figura 8.

Figura 20 - Schema di costruzione di un laser ad argon

1 - finestre di uscita del laser; 2 - catodo; 3 - canale di raffreddamento ad acqua; 4 - tubo di scarico del gas (capillare); 5 - magneti; 6 - anodo; 7 - tubo del gas di bypass; 8 - specchio sordo; 9 - specchio traslucido

Lo scarico del gas viene creato in un sottile tubo di scarico del gas (4), di 5 mm di diametro, in un capillare, che viene raffreddato da un liquido. La pressione di esercizio del gas è compresa tra decine di Pa. I magneti (5) creano un campo magnetico per "spremere" la scarica dalle pareti del tubo di scarico del gas, che non consente alla scarica di toccarne le pareti. Questa misura consente di aumentare la potenza di uscita della radiazione laser riducendo la velocità di rilassamento degli ioni eccitati, che si verifica a seguito della collisione con le pareti del tubo.

Il canale di bypass (7) è progettato per equalizzare la pressione lungo la lunghezza del tubo di scarico del gas (4) e garantire la libera circolazione del gas. In assenza di tale canale, il gas si accumula nella parte anodica del tubo dopo l'accensione della scarica dell'arco, il che può portare alla sua estinzione. Il meccanismo di ciò è il seguente. Sotto l'azione di un campo elettrico applicato tra il catodo (2) e l'anodo (6), gli elettroni si precipitano verso l'anodo 6, aumentando la pressione del gas all'anodo. Ciò richiede l'equalizzazione della pressione del gas nel tubo di scarico del gas per garantire il normale flusso del processo, che viene eseguita mediante un tubo di bypass (7).

Per ionizzare atomi neutri di argon, è necessario far passare attraverso il gas una corrente con una densità fino a diverse migliaia di ampere per centimetro quadrato. Pertanto, è necessario un raffreddamento efficiente del tubo di scarico del gas.

Le principali aree di applicazione dei laser ad argon: fotochimica, trattamento termico, medicina. Il laser ad argon, per la sua elevata selettività nei confronti dei cromofori autogeni, trova impiego in oftalmologia e dermatologia.

5. Apparecchiature laser prodotte in serie

I terapisti utilizzano laser elio-neon di bassa potenza, che emettono nella regione visibile dello spettro elettromagnetico (λ=0,63 µm). Una delle unità di fisioterapia è un'unità laser. UFL-1, destinato al trattamento delle malattie acute e croniche della regione maxillo-facciale; può essere utilizzato per il trattamento di ulcere e ferite che non guariscono a lungo, nonché in traumatologia, ginecologia, chirurgia (periodo postoperatorio). Viene utilizzata l'attività biologica del raggio rosso di un laser elio-neon (potenza di radiazione
20 mW, intensità di radiazione sulla superficie dell'oggetto 50-150 mW/cm2).

Ci sono prove che questi laser sono usati per trattare le malattie delle vene (ulcere trofiche). Il corso del trattamento consiste in 20-25 sessioni di dieci minuti di irradiazione di un'ulcera trofica con un laser a elio-neon a bassa potenza e, di regola, termina con la sua completa guarigione. Un effetto simile si osserva nel trattamento laser di ferite traumatiche e post-ustioni che non guariscono. Gli effetti a lungo termine della terapia laser per le ulcere trofiche e le ferite a lungo termine non cicatrizzanti sono stati testati su un gran numero di pazienti guariti in termini da due a sette anni. Durante questi periodi, nel 97% degli ex pazienti, le ulcere e le ferite non si sono più aperte e solo il 3% ha avuto recidive della malattia.

L'iniezione leggera tratta varie malattie del sistema nervoso e vascolare, allevia il dolore nella sciatica, regola la pressione sanguigna, ecc. Il laser sta padroneggiando sempre più nuove professioni mediche. Il laser guarisce il cervello. Ciò è facilitato dall'attività dello spettro di radiazione visibile dei laser a elio-neon a bassa intensità. Il raggio laser, come si è scoperto, è in grado di anestetizzare, lenire e rilassare i muscoli e accelerare la rigenerazione dei tessuti. Molti farmaci con proprietà simili vengono solitamente prescritti a pazienti che hanno subito una lesione cerebrale traumatica, che dà sintomi estremamente confusi. Il raggio laser combina l'azione di tutti i preparativi necessari. Esperti dell'Istituto centrale di ricerca di riflessologia del Ministero della salute dell'URSS e dell'Istituto di ricerca di neurochirurgia intitolato ad A.I. A N. Burdenko Accademia delle scienze mediche dell'URSS.

La ricerca sulle possibilità di trattare tumori benigni e maligni con un raggio laser è condotta dall'Istituto di ricerca di oncologia di Mosca intitolato a N.N. PAPÀ. Herzen, Istituto di oncologia di Leningrado. N.N. Petrov e altri centri oncologici.

In questo caso vengono utilizzati diversi tipi di laser: laser C02 in modalità continua di radiazione (λ = 10,6 μm, potenza 100 W), laser elio-neon con modalità continua di radiazione (λ = 0,63 μm, potenza 30 mW) , laser CW elio-cadmio (λ = 0,44 μm, potenza 40 mW), laser ad azoto pulsato (λ = 0,34 μm, potenza impulso 1,5 kW, potenza di radiazione media 10 mW).

Sono stati sviluppati e vengono applicati tre metodi di esposizione alle radiazioni laser ai tumori (benigni e maligni):

a) Irradiazione laser - irradiazione di un tumore con un raggio laser sfocato, che porta alla morte delle cellule tumorali, alla perdita della capacità di moltiplicarsi.

b) Coagulazione laser - distruzione del tumore con un raggio moderatamente focalizzato.

c) Chirurgia laser - escissione del tumore insieme ai tessuti adiacenti con un raggio laser focalizzato. Le installazioni laser sono state sviluppate:

"Yakroma"- potenza fino a 2,5 W all'uscita della guida luminosa a una lunghezza d'onda di 630 nm, tempo di esposizione da 50 a 750 sec; impulso con una frequenza di ripetizione di 104 impulsi/sec.; su 2 laser: un laser a colorante pulsato e un laser a vapore di rame "LGI-202". Spectromed- potenza 4 W in modalità generazione continua, lunghezza d'onda 620-690 nm, tempo di esposizione da 1 a 9999 sec utilizzando il dispositivo "Expo"; su due laser: laser a colorante continuo "Ametista" e laser ad argon "Inversione" per la terapia fotodinamica dei tumori maligni (un metodo moderno di azione selettiva sulle cellule tumorali del corpo).

Il metodo si basa sulla differenza nell'assorbimento della radiazione laser da parte di cellule che differiscono nei loro parametri. Il medico inietta un farmaco fotosensibilizzante (acquisizione da parte dell'organismo di una specifica ipersensibilità a sostanze estranee) nell'area di accumulo di cellule patologiche. La radiazione laser che colpisce i tessuti del corpo viene assorbita selettivamente dalle cellule tumorali che contengono il farmaco, distruggendole, il che consente la distruzione delle cellule tumorali senza danneggiare il tessuto circostante.

Dispositivo laser ATKUS-10(CJSC "Semiconductor Devices"), mostrato in Figura 9, consente di influenzare le neoplasie con radiazioni laser con due diverse lunghezze d'onda di 661 e 810 nm. Il dispositivo è destinato all'uso in istituti medici di ampio profilo, nonché alla risoluzione di vari problemi scientifici e tecnici come fonte di potenti radiazioni laser. Quando si utilizza il dispositivo, non ci sono lesioni distruttive pronunciate della pelle e dei tessuti molli. La rimozione dei tumori con un laser chirurgico riduce il numero di recidive e complicanze, riduce il tempo di guarigione della ferita, consente una procedura in un'unica fase e dà un buon effetto cosmetico.

Figura 20 - Macchina laser ATKUS-10

Come emettitore vengono utilizzati diodi laser a semiconduttore. Viene utilizzata una fibra ottica di trasporto con un diametro di 600 µm.

LLC NPF "Techcon" ha sviluppato un dispositivo di terapia laser " Alfa 1M"(Figura 10). Come riportato sul sito Web del produttore, l'unità è efficace nel trattamento di artrosi, neurodermite, eczema, stomatite, ulcere trofiche, ferite postoperatorie, ecc. La combinazione di due emettitori - continuo e pulsato - offre grandi opportunità per il lavoro medico e di ricerca. Il fotometro integrato consente di impostare e controllare la potenza dell'esposizione. L'impostazione discreta del tempo e l'impostazione regolare della frequenza degli impulsi di irradiazione sono convenienti per il funzionamento dell'apparato. La facilità di controllo consente l'utilizzo del dispositivo da parte del personale paramedico.

Figura 20 - Apparecchio terapeutico laser "Alpha 1M"

Le caratteristiche tecniche del dispositivo sono riportate nella tabella 1.

Tavolo 7 - Caratteristiche tecniche dell'apparato terapeutico laser "Alpha 1M"

All'inizio degli anni '70, l'accademico M.M. Krasnov ei suoi colleghi del 2 ° Istituto medico di Mosca hanno compiuto sforzi per curare il glaucoma (a causa di violazioni del deflusso del fluido intraoculare e, di conseguenza, di un aumento della pressione intraoculare) utilizzando un laser. Il trattamento del glaucoma è stato effettuato da dispositivi laser appropriati, creati in collaborazione con i fisici.

Unità oftalmica laser "Scimitarra" non ha analoghi stranieri. Progettato per le operazioni chirurgiche della parte anteriore dell'occhio. Consente di trattare il glaucoma e la cataratta senza violare l'integrità delle membrane esterne dell'occhio. La configurazione utilizza un laser a rubino pulsato. L'energia di radiazione contenuta in una serie di diversi impulsi luminosi va da 0,1 a 0,2 J. La durata di un singolo impulso va da 5 a 70 ns, l'intervallo tra gli impulsi va da 15 a 20 μs. Diametro spot laser da 0,3 a 0,5 mm. Macchina laser "Yatagan 4" con una durata dell'impulso di 10-7 s., con una lunghezza d'onda della radiazione di 1,08 μm e un diametro del punto di 50 μm. Con tale irradiazione dell'occhio, non è l'azione termica, ma fotochimica e persino meccanica del raggio laser (l'apparizione di un'onda d'urto) che diventa decisiva. L'essenza del metodo sta nel fatto che un "colpo" laser di una certa potenza è diretto verso l'angolo della camera anteriore dell'occhio e forma un microscopico "canale" per il deflusso del fluido e ripristina così le proprietà di drenaggio di l'iride, creando un normale deflusso di liquido intraoculare. In questo caso, il raggio laser attraversa liberamente la cornea trasparente e "esplode" sulla superficie dell'iride. In questo caso non si tratta di bruciore, che porta all'infiammazione dell'iride e alla rapida eliminazione del condotto, ma alla perforazione del foro. La procedura richiede circa 10-15 minuti. Di solito perforano 15-20 fori (dotti) per il deflusso del fluido intraoculare.

Sulla base della Clinica delle malattie degli occhi di Leningrado dell'Accademia medica militare, un gruppo di specialisti guidati dal professore di scienze mediche VV Volkov ha utilizzato il proprio metodo per trattare le malattie degenerative della retina e della cornea utilizzando un laser a bassa potenza LG-75 funzionamento in modalità continua. In questo trattamento la retina è interessata da radiazioni di bassa potenza pari a 25 mW. Inoltre, la radiazione è diffusa. La durata di una sessione di irradiazione non supera i 10 minuti. Per 10-15 sessioni con intervalli tra loro da uno a cinque giorni, i medici curano con successo la cheratite, l'infiammazione della cornea e altre malattie infiammatorie. Regimi di trattamento ottenuti empiricamente.

Nel 1983, l'oculista americano S. Trokel suggerì la possibilità di utilizzare un laser ad eccimeri ultravioletti per correggere la miopia. Nel nostro paese, la ricerca in questa direzione è stata condotta presso l'Istituto di ricerca di Mosca "Eye Microsurgery" sotto la guida del professor S.N. Fedorov e A. Semenov.

Per eseguire tali operazioni, è stata creata un'unità laser dagli sforzi congiunti dell'MNTK "Eye Microsurgery" e dell'Istituto di fisica generale sotto la guida dell'accademico A. M. Prokhorov "Profilo 500" con un sistema ottico unico che non ha analoghi al mondo. Se esposto alla cornea, la possibilità di ustioni è completamente esclusa, poiché il riscaldamento del tessuto non supera i 4-8ºС. La durata dell'operazione è di 20-70 secondi, a seconda del grado di miopia. Dal 1993 "Profile 500" è stato utilizzato con successo in Giappone, a Tokyo e Osaka, nell'Irkutsk Interregional Laser Center.

Macchina oftalmica con laser al neon ad elio MACDEL-08(CJSC "MAKDEL-Technologies"), mostrato in Figura 11, ha un sistema di controllo digitale, misuratore di potenza, alimentazione di radiazioni in fibra ottica, set di ugelli ottici e magnetici. La macchina laser funziona con rete CA con una frequenza di 50 Hz e una tensione nominale di 220 V±10%. Consente di impostare il tempo della sessione (radiazione laser) nell'intervallo da 1 a 9999 secondi con un errore non superiore al 10%. Ha un display digitale che consente di impostare l'ora iniziale e controllare il tempo fino alla fine della procedura. Se necessario, la sessione può essere interrotta prima del previsto. Il dispositivo fornisce la modulazione di frequenza della radiazione laser da 1 a 5 Hz con un passo di 1 Hz, inoltre, esiste una modalità di radiazione continua, quando la frequenza è impostata su 0 Hz.

Figura 20 - Dispositivo oftalmico laser MACDEL-08

macchina laser a infrarossi MACDEL-09 progettato per correggere le menomazioni visive accomodative-rifrattive. Il trattamento consiste nell'eseguire 10-12 procedure per 3-5 minuti. I risultati della terapia persistono per 4-6 mesi. Con una diminuzione degli indicatori di alloggio, è necessario condurre un secondo corso. Il processo di miglioramento degli indicatori oggettivi della vista si estende per 30-40 giorni dopo le procedure. I valori medi della parte positiva della relativa sistemazione aumentano costantemente di 2,6 diottrie. e raggiungere livelli normali. L'aumento massimo della riserva è di 4,0 diottrie, il minimo è di 1,0 diottrie. Gli studi reociclografici mostrano un costante aumento del volume del sangue circolante nei vasi del corpo ciliare. Il dispositivo consente di impostare il tempo della sessione di radiazione laser nell'intervallo da 1 a 9 minuti. Il display digitale sull'unità di controllo consente di effettuare l'impostazione iniziale del tempo, nonché di controllare il tempo fino alla fine della sessione. Se necessario, la sessione può essere interrotta prima del previsto. Al termine della seduta di trattamento, il dispositivo emette un segnale acustico di avviso. Il sistema di regolazione della distanza da centro a centro consente di impostare la distanza tra i centri dei canali da 56 a 68 mm. La distanza da centro a centro richiesta può essere impostata utilizzando un righello sull'unità di esecuzione o dall'immagine dei LED di riferimento.

Modelli laser Argon ARGO ditta Aesculap Meditek (Germania) per l'oftalmologia, utilizzato per la fotocoagulazione della retina. Solo in Germania vengono utilizzati più di 500 laser ad argon, che funzionano tutti in modo sicuro e affidabile. ARGUS è facile da usare e compatibile con i comuni modelli di lampade a fessura Zeiss e Haag-Streit. ARGUS è preparato in modo ottimale per lavorare insieme a un laser Nd:YAG sulla stessa postazione di lavoro.

Sebbene l'ARGUS sia progettato come un'unica unità, il supporto dello strumento e l'unità laser possono essere posizionati uno accanto all'altro o in luoghi e stanze diversi, grazie a un cavo di collegamento lungo fino a 10 metri. Il supporto per strumenti regolabile in altezza offre la massima libertà per il paziente e il medico. Anche se il paziente è seduto su una sedia a rotelle, non è difficile curarlo.

Per proteggere gli occhi, ARGUS integra un filtro dottore controllabile a basso rumore. Il filtro viene introdotto nel raggio laser premendo l'interruttore a pedale, ad es. poco prima del lancio del flash laser. Fotocellule e microprocessori ne controllano la corretta posizione. L'illuminazione ottimale della zona di coagulazione è fornita da uno speciale dispositivo di guida del raggio laser. Il micromanipolatore pneumatico consente il posizionamento accurato del raggio con una sola mano.

Caratteristiche tecniche del dispositivo:

Laser di tipo laser CW agli ioni di argon per tubo oftalmico in ceramica BeO

Accendi la cornea:

sulla cornea: 50 mW - 3000 mW per tutte le linee, 50 mW - 1500 mW per 514 nm

con un alimentatore a limitato assorbimento di corrente:

sulla cornea: 50 mW - 2500 mW per tutte le linee, 50 mW - 1000 mW per 514 nm

Argon a raggio pilota per tutte le linee o 514 nm, massimo 1 mW

Durata dell'impulso 0,02 - 2,0 sec, regolabile in 25 passi o continuamente

Sequenza di impulsi 0,1 - 2,5 sec., con intervalli regolabili in 24 passi

Avvio a impulsi tramite interruttore a pedale; in modalità treno di impulsi, la serie di lampeggi desiderata viene attivata premendo il pedale;

la funzione viene interrotta al rilascio del pedale

Alimentazione del raggio tramite guida di luce, fibra dia. 50 µm, 4,5 m di lunghezza, entrambe le estremità con connettore SMA

Telecomando per scelta offerto:

telecomando 1: regolazione manuale con volantino;

telecomando 2: impostazione delle piazzole di contatto della tastiera a membrana.

Caratteristiche generali: display elettroluminescente, visualizzazione della potenza in forma digitale e analogica, visualizzazione digitale di tutte le altre impostazioni, indicazione dello stato operativo (ad es. consigli di assistenza) con testo in chiaro

Controllo a microprocessore, controllo della potenza, filtro protettivo per il medico e otturatori in modalità 10 millisecondi

Raffreddamento

aria: ventole integrate a bassa rumorosità

acqua: portata da 1 a 4 l/min, ad una pressione da 2 a 4 bar e temperatura non superiore a 24°C

È possibile scegliere tra tre diverse unità di alimentazione:

AC corrente, monofase con neutro 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC corrente, monofase con limitazione dell'assorbimento massimo di corrente di 25 A

corrente trifase, tre fasi e neutro, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Registrazione dei risultati: stampa dei parametri del trattamento con stampante opzionale

Dimensioni

Apparecchio: 95 cm x 37 cm x 62 cm (L x P x A)

tavolo: 93 cm x 40 cm (L x P)

altezza tavolo: 70 - 90 cm

"Bisturi laser" ha trovato applicazione nelle malattie dell'apparato digerente (O.K. Skobelkin), nella chirurgia plastica della pelle e nelle malattie delle vie biliari (A.A. Vishnevsky), nella cardiochirurgia (A.D. Arapov) e in molte altre aree della chirurgia.

In chirurgia vengono utilizzati laser CO2 che emettono nella regione infrarossa invisibile dello spettro elettromagnetico, che impone determinate condizioni durante l'intervento chirurgico, specialmente negli organi interni di una persona. A causa dell'invisibilità del raggio laser e della complessità della sua manipolazione (la mano del chirurgo non ha feedback, non sente il momento e la profondità del taglio), vengono utilizzati morsetti e puntatori per garantire l'accuratezza del taglio.

I primi tentativi di utilizzare il laser in chirurgia non sempre hanno avuto successo, gli organi vicini sono stati feriti, il raggio ha bruciato i tessuti. Inoltre, se maneggiato con noncuranza, il raggio laser potrebbe essere pericoloso anche per il medico. Ma nonostante queste difficoltà, la chirurgia laser è progredita. Così, nei primi anni '70, sotto la guida dell'accademico B. Petrovsky, il professor Skobelkin, il dottor Brekhov e l'ingegnere A. Ivanov iniziarono a creare un bisturi laser "Bisturi 1"(Figura 12).

Figura 20 - Unità chirurgica laser "Scalpel-1"

L'unità chirurgica laser "Scalpel 1" viene utilizzata nelle operazioni sugli organi del tratto gastrointestinale, nell'arresto del sanguinamento da ulcere acute del tratto gastrointestinale, nella chirurgia plastica della pelle, nel trattamento delle ferite purulente e nelle operazioni ginecologiche. È stato utilizzato un laser CO2 ad onda continua con una potenza di 20 W all'uscita della guida di luce. Il diametro dello spot laser va da 1 a 20 micron.

Un diagramma del meccanismo d'azione della luce laser CO2 sul tessuto è mostrato nella Figura 13.

Figura 20 - Schema del meccanismo di azione della luce laser CO2 sui tessuti

Con l'ausilio di un bisturi laser, le operazioni vengono eseguite senza contatto, la luce del laser CO2 ha effetti antisettici e antiblastici, mentre si forma un denso film di coagulazione, che provoca un'emostasi efficace (il lume dei vasi arteriosi fino a 0,5 mm e venoso i vasi fino a 1 mm di diametro sono saldati e non richiedono legature di bendaggio), crea una barriera contro agenti infettivi (compresi i virus) e tossici, fornendo un'ablazione altamente efficace, stimola la rigenerazione dei tessuti post-traumatici e previene le loro alterazioni cicatriziali (vedi diagramma ).

"Lasermato"(Instrument Design Bureau) è costruito sulla base di laser a semiconduttore che emettono a una lunghezza d'onda di 1,06 micron. Il dispositivo si distingue per l'elevata affidabilità, le dimensioni ridotte e il peso. L'erogazione di radiazioni al tessuto biologico viene effettuata tramite un'unità laser o con l'ausilio di una guida di luce. La guida della radiazione principale viene effettuata mediante illuminazione pilota di un laser a semiconduttore. Classe di rischio laser 4 secondo GOST R 50723-94, classe di sicurezza elettrica I con tipo di protezione B secondo GOST R 50267.0-92.

apparecchi chirurgici laser "Lancetta-1"(Figura 14) - Modello laser CO2 progettato per interventi chirurgici in vari ambiti della pratica medica.

Figura 20 - Apparecchio chirurgico laser "Lancet-1"

Il dispositivo è orizzontale, portatile, ha una confezione originale sotto forma di custodia, soddisfa i requisiti più moderni per i sistemi laser chirurgici sia in termini di capacità tecniche, sia per garantire condizioni di lavoro ottimali per il chirurgo, facilità d'uso e design .

Le caratteristiche tecniche del dispositivo sono riportate nella tabella 2.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche del dispositivo chirurgico laser "Lancet-1"

Lunghezza d'onda della radiazione, µm
Potenza di radiazione in uscita (regolabile), W
Potenza in modalità Medipulse, W
Diametro del raggio laser sul tessuto (commutabile), micron
Guida della radiazione principale mediante un raggio laser a diodi	2 mW, 635 nm
Modalità di radiazione (commutabili)	continuo, pulsato periodico, Medipulse
Tempo di esposizione alle radiazioni (regolabile), min
La durata dell'impulso di radiazione nella modalità a impulsi ripetuti (regolabile), s
Durata della pausa tra gli impulsi, s
Telecomando	a distanza
Attivazione delle radiazioni	pedale
Rimozione dei prodotti della combustione	sistema di evacuazione fumi
Raggio spazio operativo, mm
Sistema di raffreddamento	tipo autonomo, aria-liquido
Sistemazione in sala operatoria	scrivania
Alimentazione (CA)	220 V, 50 Hz, 600 W
Dimensioni di ingombro, mm
Peso (kg

6. Apparecchiature laser mediche sviluppate da KBAS

Ugello ottico universale ( SAPERE) a laser del tipo LGN-111, LG-75-1(Figura 15) è progettato per focalizzare la radiazione laser in una guida di luce e modificare il diametro dello spot durante l'irradiazione esterna.

Figura 20 - Ugello ottico universale (NOA)

L'ugello viene utilizzato nel trattamento di una serie di malattie associate a disturbi circolatori introducendo una guida di luce in una vena e irradiando il sangue, nonché nel trattamento di malattie dermatologiche e reumatiche. L'ugello è facile da usare, facile da montare sul corpo del laser, si adatta rapidamente alla modalità operativa. Con l'irradiazione esterna, il diametro dello spot viene modificato spostando la lente del condensatore.

Le caratteristiche tecniche del LEU sono riportate nella Tabella 3.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche LEU

Installazione di fisioterapia "Polpo-1"(Figura 16) è destinato al trattamento di una serie di malattie in vari campi della medicina: traumatologia, dermatologia, odontoiatria, ortopedia, riflessologia, nevralgia.

Figura 20 - Unità di fisioterapia laser "Octopus-1"

Il trattamento con il dispositivo Sprut-1 garantisce l'assenza di reazioni allergiche, indolore e asepsi e porta anche a una significativa riduzione della durata del trattamento, risparmio di farmaci.

Il principio di funzionamento si basa sull'uso dell'effetto stimolante dell'energia della radiazione laser con una lunghezza d'onda di 0,63 micron.

L'impianto è costituito da un radiatore, la cui posizione è regolabile in modo uniforme rispetto al piano orizzontale, un alimentatore con contatore integrato per il numero di accensioni e un contatore per il tempo totale di funzionamento dell'impianto.

L'emettitore e l'alimentatore sono montati su un supporto mobile leggero.

Le caratteristiche tecniche dell'installazione Sprut-1 sono riportate nella Tabella 4.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche dell'unità di fisioterapia "Octopus-1"

Unità di terapia oftalmica laser "Quantità"(Figura 17) viene utilizzato nel trattamento di erosioni e ulcere di natura trofica, dopo lesioni, ustioni, cheratiti e cheratocongiuntiviti, cheratopatie postoperatorie, nonché per accelerare il processo di attecchimento durante il trapianto di cornea.

Figura 20 - Unità terapeutica laser oftalmica "Lota"

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella Tabella 5.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche della macchina laser "Lota"

Lunghezza d'onda della radiazione, µm
Densità di potenza di radiazione nel piano di irradiazione, W/cm2	non più di 5x105
Potenza di radiazione all'uscita dell'impianto, mW
La natura della regolazione della potenza nell'intervallo specificato
Consumo energetico, VA	non più di 15
MTBF, ora	almeno 5000
Risorsa media	almeno 20000
Peso (kg

Macchina laser medica "Almicino"(Figura 18) è utilizzato in terapia, odontoiatria, tisiologia, pneumologia, dermatologia, chirurgia, ginecologia, proctologia e urologia. Metodi di trattamento: effetto battericida, stimolazione della microcircolazione della fonte del danno, normalizzazione dei processi immunitari e biochimici, miglioramento della rigenerazione, aumento dell'efficacia della terapia farmacologica.

Figura 20 - Unità laser medica "Almitsin"

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella tabella 6.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche del dispositivo laser medico "Almitsin"

Gamma spettrale	vicino ai raggi UV
Progetto
Uscita del raggio	luce guida
Diametro della fibra, µm
Lunghezza guida luminosa, m
Tensione di rete a una frequenza di 50 Hz, V
Consumo energetico, W	non più di 200
Controllo	automatico
Tempo di irradiazione, min	non più di 3
Dimensioni di ogni blocco, mm
	non più di 40 kg

prefisso fibra ottica "Ariadna-10"(Figura 19) si propone invece di avere un basso grado di mobilità e un meccanismo di cerniera a specchio inerziale per la trasmissione della radiazione per unità chirurgiche (del tipo "Scalpel-1") su laser CO2.

Gli elementi principali dell'attacco sono: un dispositivo di immissione delle radiazioni e una guida di luce per la chirurgia generale.

Figura 20 - Prefisso fibra ottica "Ariadna-10"

La guida luminosa dell'accessorio funziona in combinazione con un dispositivo di estrazione del fumo, che consente, contemporaneamente alle operazioni chirurgiche, di rimuovere dallo spazio operatorio i prodotti dell'interazione delle radiazioni con i tessuti biologici.

Grazie alla flessibilità della guida luminosa, le possibilità di utilizzo di unità chirurgiche laser basate su laser CO2 sono notevolmente ampliate.

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella Tabella 7.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche dell'attacco in fibra ottica Ariadna-10

Lo schema di collegamento è mostrato in Figura 20.

Figura 20 - Schema dell'attacco in fibra ottica "Ariadna-10"

Elenco delle fonti utilizzate

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5. Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarskii V.F., Osipov V.V. Sviluppo di soluzioni scientifiche e tecniche in medicina: libro di testo. - Orenburg: OGU, 2000. - 255 p.

Al momento, è difficile immaginare progressi in medicina senza le tecnologie laser, che hanno aperto nuove possibilità nella risoluzione di numerosi problemi medici. Lo studio dei meccanismi dell'azione della radiazione laser di varie lunghezze d'onda e livelli di energia sui tessuti biologici consente di creare dispositivi multifunzionali medici laser, il cui campo di applicazione nella pratica clinica è diventato così ampio che è molto difficile rispondere la domanda: quali malattie non vengono trattate con il laser?
Lo sviluppo della medicina laser si sviluppa lungo tre rami principali: laserchirurgia, laserterapia e laserdiagnostica.

Nella chirurgia laser vengono utilizzati laser sufficientemente potenti con una potenza di radiazione media di decine di watt, che sono in grado di riscaldare fortemente il tessuto biologico, che porta al suo taglio o evaporazione. Queste ed altre caratteristiche dei laser chirurgici determinano l'utilizzo in chirurgia delle loro varie tipologie operanti su diversi mezzi laser attivi.

Le proprietà uniche del raggio laser consentono di eseguire operazioni precedentemente impossibili con nuovi metodi efficaci e minimamente invasivi.

I sistemi laser chirurgici forniscono:

• efficace contatto e vaporizzazione senza contatto e distruzione del tessuto biologico;
• campo operativo asciutto;
• danno minimo ai tessuti circostanti;
• emo e aerostasi efficaci;
• sollievo dei dotti linfatici;
• elevata sterilità e ablasticità;
• compatibilità con strumenti endoscopici e laparoscopici

Ciò consente di utilizzare efficacemente i laser chirurgici per eseguire un'ampia varietà di interventi chirurgici:
In urologia:

Tra le donne

• Chirurgia plastica delle grandi e piccole labbra, perineo.
• Plastica perineale per rotture postpartum e traumatiche
• Chirurgia plastica delle deformità cicatriziali della cervice
• Riflorazione (restauro dell'imene)

All'uomo

• Correzione laser del frenulo del pene
• Circoncisione (trattamento laser per fimosi)
• Rimozione delle verruche del pene, dell'uretra, del perineo, della zona perianale

In ginecologia:

• Terapia laser delle malattie di base e precancerose della cervice (erosione, leucoplachia, polipo, cisti nabotiana, verruche, displasia).
• Terapia laser e rimozione laser delle verruche genitali (a seconda della prevalenza del processo).
• Terapia laser e rimozione laser dei condilomi della pelle del perineo e della zona perianale.
• Trattamento delle malattie distrofiche della vulva

In ortopedia:Trattamento dell'alluce valgo, unghia incarnita, ecc.

Anche la cosmetologia non viene ignorata. Il laser viene utilizzato per l'epilazione, e per il trattamento di difetti vascolari e pigmentati della pelle, la rimozione di verruche e papillomi, e per il resurfacing della pelle, e per la rimozione di tatuaggi e macchie senili, ecc.

La storia dell'invenzione del laser iniziò nel 1916, quando Albert Einstein creò la teoria dell'interazione della radiazione con la materia, che tracciava l'idea della possibilità di creare amplificatori quantistici e generatori di onde elettromagnetiche.

Nel 1960, il fisico americano Theodor Meiman, basato sul lavoro di N. Basov, A. Prokhorov e C. Townes, progettò il primo laser a rubino con una lunghezza d'onda di 0,69 μm Nello stesso anno, il Dr. Leon Goldman per primo ha usato un laser a rubino per la distruzione dei follicoli piliferi. Inizia così la storia dell'applicazione su larga scala delle tecnologie laser in medicina estetica.

Nel 1983, Anderson e Parrish hanno proposto un metodo di fototermolisi selettiva, che si basa sulla capacità dei tessuti biologici di assorbire selettivamente la radiazione luminosa di una certa lunghezza d'onda, che porta alla loro distruzione locale. Quando viene assorbita dai principali cromofori della pelle - acqua, emoglobina o melanina - l'energia elettromagnetica della radiazione laser viene convertita in calore, che provoca il riscaldamento e la coagulazione dei cromofori.

La cosmetologia laser è una delle aree in più rapida crescita della medicina estetica. Qualche anno fa associavamo il ringiovanimento visibile al lavoro di un chirurgo plastico, ma oggi ogni prestigioso salone di bellezza dispone di dispositivi tecnologici avanzati: una foto, un sistema IPL o un laser. L'energia della luce è venuta in aiuto dei cosmetologi.

Ad oggi, ci sono molti diversi dispositivi laser e sono entrati nella cosmetologia grazie al laser resurfacing. È stata lei a fungere da segno distintivo per un laser cosmetico. Un potente raggio di luce davanti agli occhi ha levigato le irregolarità della pelle cicatriziale, rimosso lo strato superiore dell'epidermide e con esso pigmentazione indesiderata... Quindi non importava che la pelle gravemente ferita guarisse per 2 settimane - la cosa principale è un risultato eccellente, di cui sono rimasti soddisfatti sia il medico che il paziente. Cicatrici e cicatrici: il problema è sempre rilevante.

Depilazione laser apparso non più di 30 anni fa. Ciò era dovuto all'avvento della teoria della "fototermolisi selettiva". Si riferisce al fatto che qualsiasi tessuto umano colorato (capelli, vasi sanguigni sulla superficie della pelle, macchie senili) assorbe selettivamente la luce, mentre si riscalda e viene distrutto. La teoria è stata dimostrata nel 1986 da un gruppo di scienziati statunitensi guidati dal dermatologo Rox Anderson. Così, sulla base di questo, nel 1994, il primo dispositivo per fotoepilazione, e il dispositivo laser per la depilazione laser è entrato nel mercato solo nel 1996.

Cosa è " fototermolisi selettiva"? Il fatto è che il raggio laser, cadendo sul tessuto vivente, in particolare sulla pelle, colpisce i componenti della pelle in modi diversi. I componenti principali della pelle che assorbono la luce sono l'acqua, la melanina e l'emoglobina. Queste sostanze sono chiamate cromofori della pelle Gli spettri di assorbimento di queste sostanze sono diversi.

Grazie allo spettro di radiazioni ottimizzato, i dispositivi di cosmetologia con luce artificiale e fonti di calore consentono di influenzare selettivamente le strutture dei tessuti bersaglio, provocandone, ad esempio, la coagulazione. Quando si eseguono procedure utilizzando fotometodi, per ottenere l'effetto, i vasi sanguigni superficiali (emoglobina), i follicoli piliferi e piliferi (melanina), il collagene e l'elastina nel derma sono interessati. Durante il trattamento dell'acne (acne), viene effettuato un effetto selettivo sul prodotto infiammatorio dell'attività vitale dei batteri. In un modo o nell'altro, il risultato dell'esposizione è quello di portare la struttura corrispondente dei tessuti bersaglio a una temperatura critica, alla quale essa e/oi tessuti circostanti subiscono cambiamenti irreversibili. Il processo di riscaldamento selettivo delle strutture dei tessuti bersaglio utilizzando una sorgente di radiazioni ad ampio spettro è chiamato fototermolisi selettiva.

Sulla base del principio della fototermolisi selettiva che utilizza la nanotecnologia, è stata sviluppata una nuova procedura di fototermolisi frazionata altamente efficiente (fraxel). Migliora la qualità della pelle, rimuove la pigmentazione delle rughe indesiderate e fornisce un eccellente sollevamento dei tessuti del viso, del collo e del décolleté. Un buon risultato è dato dalle sedute di fototermolisi frazionata nel trattamento delle conseguenze dell'acne (cicatrici post-acneiche). A differenza di altri metodi di correzione, la procedura fraxel è comoda e quasi indolore e fornisce anche una rapida riabilitazione.

Quindi, le idee banali sul laser come un enorme apparato, qualcosa come l'iperboloide dell'ingegnere Garin, sono cadute nell'oblio. Sono passati più di 50 anni dall'invenzione del primo laser a rubino, delle dimensioni di un monolocale. E ora si tratta di dispositivi medici compatti che funzionano in tutti i settori della medicina e della cosmetologia.

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introduzione

1. Laser e loro applicazione in medicina

2. Applicazione della radiazione laser ad alta intensità in chirurgia (principi generali)

3. Rottura leggera

Conclusione

Elenco della letteratura usata

introduzione

I laser oi generatori quantici ottici sono fonti moderne di radiazione coerente con una serie di proprietà uniche. La creazione dei laser è stata una delle conquiste più straordinarie della fisica nella seconda metà del XX secolo, che ha portato a cambiamenti rivoluzionari in molti settori della scienza e della tecnologia. Ad oggi, è stato creato un gran numero di laser con caratteristiche diverse: gas, stato solido, semiconduttore, che emettono luce in varie gamme ottiche. I laser possono funzionare in modalità pulsata e continua. La potenza di radiazione dei laser può variare da frazioni di milliwatt a 10 12 -10 13 W (in modalità pulsata). I laser sono ampiamente utilizzati nella tecnologia militare, nella tecnologia di lavorazione dei materiali, in medicina, nella navigazione ottica, nei sistemi di comunicazione e localizzazione, negli esperimenti di interferenza di precisione, in chimica, proprio nella vita di tutti i giorni, ecc.

Una delle proprietà più importanti della radiazione laser è il suo grado estremamente elevato di monocromaticità, che è irraggiungibile nella radiazione da sorgenti non laser. Questa e tutte le altre proprietà uniche della radiazione laser derivano dall'emissione coordinata e cooperativa di quanti di luce da parte di molti atomi della sostanza attiva.

Per comprendere il principio di funzionamento del laser, è necessario studiare più da vicino i processi di assorbimento ed emissione di quanti di luce da parte degli atomi. Un atomo può trovarsi in vari stati energetici con energie E 1 , E 2 , ecc. Nella teoria di Bohr, questi stati sono chiamati stabili. Infatti, lo stato stabile in cui un atomo può rimanere indefinitamente in assenza di perturbazioni esterne è solo lo stato a più bassa energia. Questo stato è chiamato lo stato principale. Tutti gli altri stati sono instabili. Un atomo eccitato può rimanere in questi stati solo per un tempo molto breve, dell'ordine di 10 - 8 s, dopodiché passa spontaneamente in uno degli stati inferiori, emettendo un quanto di luce, la cui frequenza può essere determinata dalla formula di Bohr secondo postulato. La radiazione emessa durante la transizione spontanea di un atomo da uno stato all'altro è chiamata spontanea. Ad alcuni livelli energetici, un atomo può rimanere per un tempo molto più lungo, dell'ordine di 10 - 3 s. Tali livelli sono chiamati metastabili.

La transizione di un atomo a uno stato energetico superiore può avvenire per assorbimento risonante di un fotone la cui energia è uguale alla differenza tra le energie dell'atomo negli stati finale e iniziale.

Le transizioni tra i livelli energetici di un atomo non sono necessariamente associate all'assorbimento o all'emissione di fotoni. Un atomo può acquisire o cedere parte della sua energia e passare a un altro stato quantico come risultato dell'interazione con altri atomi o collisioni con elettroni. Tali transizioni sono chiamate non radiative.

Nel 1916, A. Einstein predisse che la transizione di un elettrone in un atomo da un livello di energia superiore a uno inferiore può avvenire sotto l'influenza di un campo elettromagnetico esterno, la cui frequenza è uguale alla frequenza naturale della transizione. La radiazione risultante è detta stimolata o indotta. L'emissione stimolata ha una proprietà sorprendente. Differisce nettamente dall'emissione spontanea. Come risultato dell'interazione di un atomo eccitato con un fotone, l'atomo emette un altro fotone della stessa frequenza, propagandosi nella stessa direzione. In termini di teoria ondulatoria, ciò significa che l'atomo emette un'onda elettromagnetica la cui frequenza, fase, polarizzazione e direzione di propagazione sono esattamente le stesse dell'onda originaria. Come risultato dell'emissione stimolata di fotoni, l'ampiezza dell'onda che si propaga nel mezzo aumenta. Dal punto di vista della teoria quantistica, come risultato dell'interazione di un atomo eccitato con un fotone la cui frequenza è uguale alla frequenza di transizione, compaiono due fotoni gemelli identici.

È l'emissione stimolata che è la base fisica per il funzionamento dei laser.

1 . Laser e loro applicazioni in medicina

Nonostante la natura comune della luce e delle onde radio, per molti anni l'ottica e l'elettronica radio si sono sviluppate indipendentemente, indipendentemente l'una dall'altra. Sembrava che le sorgenti luminose - particelle eccitate e generatori di onde radio - avessero poco in comune. Solo dalla metà del XX secolo sono apparsi lavori sulla creazione di amplificatori molecolari e generatori di onde radio, che hanno gettato le basi per un nuovo campo indipendente della fisica: l'elettronica quantistica.

L'elettronica quantistica studia i metodi per amplificare e generare oscillazioni elettromagnetiche utilizzando l'emissione stimolata di sistemi quantistici. I risultati in questo campo della conoscenza sono sempre più utilizzati nella scienza e nella tecnologia. Facciamo conoscenza con alcuni dei fenomeni alla base dell'elettronica quantistica e del funzionamento dei generatori quantistici ottici: i laser.

I laser sono sorgenti luminose che operano sulla base del processo di emissione stimolata (stimolata, indotta) di fotoni da parte di atomi o molecole eccitati sotto l'influenza di fotoni di radiazione aventi la stessa frequenza. Una caratteristica distintiva di questo processo è che il fotone che si verifica durante l'emissione stimolata è identico al fotone esterno che lo ha fatto apparire in frequenza, fase, direzione e polarizzazione. Ciò determina le proprietà uniche dei generatori quantistici: elevata coerenza della radiazione nello spazio e nel tempo, elevata monocromaticità, direttività del raggio stretto, enorme concentrazione del flusso di potenza e capacità di concentrarsi su volumi molto piccoli. I laser vengono creati sulla base di vari mezzi attivi: gassosi, liquidi o solidi. Possono emettere radiazioni in una gamma molto ampia di lunghezze d'onda - da 100 nm (luce ultravioletta) a 1,2 micron (radiazione infrarossa) - e possono funzionare sia in modalità continua che pulsata.

Il laser è costituito da tre unità di fondamentale importanza: un emettitore, un sistema di pompaggio e una fonte di alimentazione, il cui funzionamento è assicurato con l'ausilio di speciali dispositivi ausiliari.

L'emettitore è progettato per convertire l'energia della pompa (trasferimento della miscela elio-neon 3 nello stato attivo) in radiazione laser e contiene un risonatore ottico, che nel caso generale è un sistema di elementi riflettenti, rifrangenti e focalizzanti accuratamente fabbricati, nello spazio interno del quale viene eccitato e mantenuto un certo tipo di radiazione elettromagnetica fluttuazioni nel campo ottico. Il risonatore ottico deve avere perdite minime nella parte operativa dello spettro, alta precisione nella fabbricazione dei nodi e nella loro installazione reciproca.

La creazione di laser si è rivelata possibile grazie all'implementazione di tre idee fisiche fondamentali: l'emissione stimolata, la creazione di una popolazione inversa termodinamicamente non equilibrata dei livelli energetici degli atomi e l'uso del feedback positivo.

Le molecole eccitate (atomi) sono in grado di emettere fotoni di luminescenza. Tale radiazione è un processo spontaneo. È casuale e caotico nel tempo, frequenza (possono esserci transizioni tra diversi livelli), direzione di propagazione e polarizzazione. Un'altra radiazione - stimolata o indotta - si verifica quando un fotone interagisce con una molecola eccitata, se l'energia del fotone è uguale alla differenza tra i livelli energetici corrispondenti. Con la radiazione stimolata (indotta), il numero di transizioni al secondo dipende dal numero di fotoni che entrano nella sostanza nello stesso tempo, cioè dall'intensità della luce, e anche dal numero di molecole eccitate. In altre parole, maggiore è la popolazione dei corrispondenti stati energetici eccitati, maggiore è il numero di transizioni forzate.

La radiazione indotta è identica alla radiazione incidente sotto tutti gli aspetti, anche in fase, quindi possiamo parlare dell'amplificazione coerente di un'onda elettromagnetica, che viene utilizzata come prima idea fondamentale nei principi della generazione laser.

La seconda idea implementata nella creazione dei laser è quella di creare sistemi termodinamicamente non in equilibrio in cui, contrariamente alla legge di Boltzmann, ci sono più particelle a un livello superiore che a uno inferiore. Lo stato del mezzo, in cui per almeno due livelli di energia risulta che il numero di particelle con energia maggiore supera il numero di particelle con energia minore, è chiamato stato con una popolazione inversa di livelli, e il mezzo è chiamato attivo. È il mezzo attivo in cui i fotoni interagiscono con gli atomi eccitati, provocando le loro transizioni forzate a un livello inferiore con l'emissione di quanti di radiazione indotta (forzata), che è la sostanza operante del laser. Lo stato con popolazione inversa, livelli è formalmente ottenuto dalla distribuzione di Boltzmann per T< О К, поэтому иногда называется состоянием с "отрицательной" температурой. По мере распространения света в активной среде интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Uno stato di inversione della popolazione può essere creato selezionando particelle con energia inferiore o eccitando specificamente le particelle, ad esempio con la luce o una scarica elettrica. Di per sé, lo stato con una temperatura negativa non esiste da molto tempo.

La terza idea utilizzata nei principi della generazione laser ha avuto origine nella radiofisica ed è l'uso del feedback positivo. Durante la sua attuazione, parte della radiazione stimolata generata rimane all'interno della sostanza di lavoro e provoca la radiazione stimolata da un numero sempre maggiore di atomi eccitati. Per attuare tale processo, il mezzo attivo viene posto in un risonatore ottico, che di solito è costituito da due specchi, selezionati in modo tale che la radiazione che ne deriva passi ripetutamente attraverso il mezzo attivo, trasformandolo in un generatore di radiazione stimolata coerente.

Il primo generatore di questo tipo nella gamma delle microonde (maser) fu progettato indipendentemente nel 1955 dagli scienziati sovietici N.G. Bason e A.M. Prokhorov e americano - C. Townes e altri Poiché il funzionamento di questo dispositivo era basato sull'emissione stimolata di molecole di ammoniaca, il generatore era chiamato molecolare.

Nel 1960 fu creato il primo generatore quantico nella gamma visibile della radiazione: un laser con un cristallo di rubino come sostanza di lavoro (mezzo attivo). Nello stesso anno è stato creato un laser a gas elio-neon. Tutta l'enorme varietà di laser attualmente creati può essere classificata in base ai tipi di sostanza di lavoro: si distinguono laser a gas, liquido, semiconduttore e a stato solido. A seconda del tipo di laser, l'energia per creare un'inversione di popolazione viene comunicata in diversi modi: eccitazione con luce molto intensa - "pompaggio ottico", scarica di gas elettrica, nei laser a semiconduttore - corrente elettrica. Secondo la natura del bagliore, i laser sono divisi in pulsati e continui.

Consideriamo il principio di funzionamento di un laser a rubino a stato solido. Il rubino è un cristallo di ossido di alluminio Al 2 0 3 contenente circa lo 0,05% di ioni di cromo Cr 3 + come impurità. L'eccitazione degli ioni cromo viene effettuata mediante pompaggio ottico utilizzando sorgenti luminose pulsate ad alta potenza. Uno dei progetti utilizza un riflettore tubolare avente una sezione trasversale ellittica. All'interno del riflettore, lungo le linee passanti per i fuochi dell'ellisse, sono posizionate una lampada flash allo xeno diritta e un'asta di rubino (Fig. 1). La superficie interna del riflettore in alluminio è altamente lucidata o argentata. La proprietà principale di un riflettore ellittico è che la luce che esce da uno dei suoi fuochi (lampada allo xeno) e riflessa dalle pareti entra nell'altro fuoco del riflettore (asta di rubino).

Il laser a rubino funziona secondo uno schema a tre livelli (Fig. 2a). Come risultato del pompaggio ottico, gli ioni cromo passano dal livello del suolo 1 a uno stato eccitato di breve durata 3. Quindi si verifica una transizione non radiativa a uno stato 2 di lunga vita (metastabile), da cui la probabilità di una transizione radiativa spontanea è relativamente piccolo. Pertanto, si verifica l'accumulo di ioni eccitati nello stato 2 e si crea una popolazione inversa tra i livelli 1 e 2. In condizioni normali, la transizione dal 2° al 1° livello avviene spontaneamente ed è accompagnata da luminescenza con una lunghezza d'onda di 694,3 nm. Nel risonatore laser sono presenti due specchi (vedi Fig. 1), uno dei quali ha un coefficiente di riflessione R dell'intensità della luce riflessa e incidente sullo specchio, l'altro specchio è semitrasparente e trasmette parte della radiazione incidente su di esso (R< 100 %). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме. лазер пробой медицинское биологическое

Insieme al laser a rubino che opera secondo uno schema a tre livelli, si sono diffusi schemi a quattro livelli di laser basati su ioni di elementi di terre rare (neodimio, samario, ecc.) Incorporati in una matrice cristallina o vetrosa (Fig. 24b). In tali casi, viene creata una popolazione inversa tra due livelli eccitati: il livello 2 a vita lunga e il livello 2 a vita breve.

Un laser a gas molto comune è un laser a elio-neon, in cui l'eccitazione si verifica durante una scarica elettrica. Il mezzo attivo in esso contenuto è una miscela di elio e neon in un rapporto di 10:1 e una pressione di circa 150 Pa. Gli atomi di neon emettono, gli atomi di elio svolgono un ruolo ausiliario. Sulla fig. 24c mostra i livelli di energia degli atomi di elio e neon. La generazione avviene durante la transizione tra il 3° e il 2° livello di neon. Per creare una popolazione inversa tra di loro, è necessario popolare il livello 3 e svuotare il livello 2. Il livello 3 è popolato con l'aiuto di atomi di elio. In una scarica elettrica per impatto elettronico, gli atomi di elio vengono eccitati in uno stato di lunga vita (con una durata di circa 10 3 s). L'energia di questo stato è molto vicina all'energia del livello 3 del neon, quindi, quando un atomo di elio eccitato si scontra con un atomo di neon non eccitato, l'energia viene trasferita, a seguito della quale viene popolato il livello 3 di neon. Per il neon puro, la vita a questo livello è breve e gli atomi passano ai livelli 1 o 2, si realizza la distribuzione di Boltzmann. L'esaurimento del livello 2 del neon si verifica principalmente a causa della transizione spontanea dei suoi atomi allo stato fondamentale in caso di collisione con le pareti del tubo a scarica. Ciò garantisce la popolazione inversa stazionaria dei livelli 2 e 3 di neon.

L'elemento strutturale principale di un laser ad elio-neon (Fig. 3) è un tubo a scarica di gas di circa 7 mm di diametro. Gli elettrodi sono montati nel tubo per creare una scarica di gas ed eccitare l'elio. Le finestre si trovano alle estremità del tubo all'angolo di Brewster, a causa del quale la radiazione è polarizzata in piano. Gli specchi piani del risonatore sono montati all'esterno del tubo, uno dei quali è semitrasparente (coefficiente di riflessione R< 100 %). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Gli specchi risonatori sono realizzati con rivestimenti multistrato e, a causa dell'interferenza, viene creato il coefficiente di riflessione necessario per una data lunghezza d'onda. I più comunemente usati sono i laser elio-neon che emettono luce rossa a una lunghezza d'onda di 632,8 nm. La potenza di tali laser è piccola, non supera i 100 mW.

L'uso dei laser si basa sulle proprietà della loro radiazione: elevata monocromaticità (~ 0,01 nm), potenza sufficientemente elevata, ristrettezza del raggio e coerenza.

La ristrettezza del raggio di luce e la sua piccola divergenza hanno permesso di utilizzare i laser per misurare la distanza tra la Terra e la Luna (la precisione risultante è di circa decine di centimetri), la velocità di rotazione di Venere e Mercurio, ecc.

La loro applicazione in olografia si basa sulla coerenza della radiazione laser. Sulla base di un laser elio-neon che utilizza fibre ottiche, sono stati sviluppati gastroscopi che consentono la formazione olografica di un'immagine tridimensionale della cavità interna dello stomaco.

La monocromaticità della radiazione laser è molto conveniente per l'eccitazione degli spettri Raman da parte di atomi e molecole.

I laser sono ampiamente utilizzati in chirurgia, odontoiatria, oftalmologia, dermatologia e oncologia. Gli effetti biologici della radiazione laser dipendono sia dalle proprietà del materiale biologico sia dalle proprietà della radiazione laser.

Tutti i laser utilizzati in medicina sono suddivisi condizionatamente in 2 tipi: a bassa intensità (l'intensità non supera i 10 W/cm2, il più delle volte intorno a 0,1 W/cm2) - terapeutici e ad alta intensità - chirurgici. L'intensità dei laser più potenti può raggiungere i 10 14 W/cm 2 , i laser con un'intensità di 10 2 - 10 6 W/cm 2 sono solitamente usati in medicina.

I laser a bassa intensità sono quelli che non provocano un notevole effetto distruttivo sui tessuti direttamente durante l'irradiazione. Nelle regioni visibili e ultraviolette dello spettro, i loro effetti sono dovuti a reazioni fotochimiche e non differiscono dagli effetti causati dalla luce monocromatica ottenuta da sorgenti convenzionali e incoerenti. In questi casi, i laser sono semplicemente comode sorgenti luminose monocromatiche che forniscono una precisa localizzazione e dosaggio dell'esposizione. Gli esempi includono l'uso della luce laser elio-neon per il trattamento di ulcere trofiche, malattie coronariche, ecc., nonché krypton e altri laser per danni fotochimici ai tumori nella terapia fotodinamica.

Si osservano fenomeni qualitativamente nuovi quando si utilizzano radiazioni visibili o ultraviolette da laser ad alta intensità. Negli esperimenti fotochimici di laboratorio con sorgenti luminose convenzionali, così come in natura sotto l'azione della luce solare, di solito si verifica l'assorbimento di un fotone. Ciò è affermato nella seconda legge della fotochimica, formulata da Stark ed Einstein: ogni molecola che partecipa a una reazione chimica sotto l'influenza della luce assorbe un quanto di radiazione, che provoca la reazione. L'assorbimento di un singolo fotone, descritto dalla seconda legge, è soddisfatto perché alle normali intensità luminose è praticamente impossibile che due fotoni colpiscano contemporaneamente una molecola nello stato fondamentale. Se un tale evento dovesse verificarsi, l'espressione assumerebbe la forma:

2hv = E t - E k ,

che significherebbe la somma dell'energia di due fotoni per la transizione della molecola dallo stato energetico E k allo stato con l'energia E r. Non c'è nemmeno assorbimento di fotoni da parte di molecole eccitate elettronicamente, poiché la loro vita è breve, e le intensità di irradiazione comunemente usate sono piccole. Pertanto, la concentrazione di molecole eccitate elettronicamente è bassa e il loro assorbimento di un altro fotone è estremamente improbabile.

Tuttavia, se l'intensità della luce viene aumentata, diventa possibile l'assorbimento di due fotoni. Ad esempio, l'irradiazione di soluzioni di DNA con radiazione laser pulsata ad alta intensità con una lunghezza d'onda di circa 266 nm ha portato alla ionizzazione delle molecole di DNA, simile a quella causata dalla radiazione y. L'esposizione alla luce ultravioletta con bassa intensità di ionizzazione non ha causato. È stato stabilito che l'irradiazione di soluzioni acquose di acidi nucleici o delle loro basi con impulsi di picosecondi (durata dell'impulso 30 ps) o nanosecondi (10 ns) con intensità superiori a 10 6 W/cm 2 portava a transizioni elettroniche culminanti nella ionizzazione molecolare. Con impulsi di picosecondi (Fig. 4, a), la popolazione di alti livelli elettronici si è verificata secondo lo schema (S 0 -> S1 -> S n), e con hv hv impulsi di nanosecondi (Fig. 4, b) - secondo lo schema (S 0 -> S1 -> T g -> T p). In entrambi i casi, le molecole hanno ricevuto un'energia superiore all'energia di ionizzazione.

La banda di assorbimento del DNA si trova nella regione ultravioletta dello spettro a< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

L'assorbimento di qualsiasi radiazione porta al rilascio di una certa quantità di energia sotto forma di calore, che viene dissipata dalle molecole eccitate nello spazio circostante. La radiazione infrarossa viene assorbita principalmente dall'acqua e causa principalmente effetti termici. Pertanto, la radiazione di laser infrarossi ad alta intensità provoca un notevole effetto termico immediato sul tessuto. L'effetto termico della radiazione laser in medicina è inteso principalmente come evaporazione (taglio) e coagulazione dei tessuti biologici. Questo vale per vari laser con un'intensità da 1 a 10 7 W/cm 2 e con una durata dell'irraggiamento da millisecondi a diversi secondi. Questi includono, ad esempio, il laser a gas C 0 2 (con una lunghezza d'onda di 10,6 μm), il laser Nd:YAG (1,064 μm) e altri. Il laser Nd:YAG è il laser a quattro livelli a stato solido più utilizzato. La generazione viene effettuata sulle transizioni di ioni neodimio (Nd 3+) introdotti nei cristalli Y 3 Al 5 0 12 di granato ittrio alluminio (YAG).

Insieme al riscaldamento dei tessuti, parte del calore viene rimossa a causa della conducibilità termica e del flusso sanguigno. A temperature inferiori a 40 °C non si osservano danni irreversibili. A una temperatura di 60 °C iniziano la denaturazione delle proteine, la coagulazione dei tessuti e la necrosi. A 100-150 °C si provocano disidratazione e carbonizzazione, a temperature superiori a 300 °C il tessuto evapora.

Quando la radiazione proviene da un laser focalizzato ad alta intensità, la quantità di calore generata è elevata e si verifica un gradiente di temperatura nel tessuto. Nel punto di incidenza del raggio il tessuto evapora e nelle zone adiacenti si verificano carbonizzazione e coagulazione (Fig. 6). La fotoevaporazione è un metodo di rimozione strato per strato o taglio del tessuto. Come risultato della coagulazione, i vasi sono sigillati e l'emorragia si interrompe. Quindi un raggio focalizzato di un laser C 0 2 continuo () con una potenza di circa 2 * 10 3 W / cm 2 viene utilizzato come bisturi chirurgico per tagliare i tessuti biologici.

Se la durata dell'esposizione viene ridotta (10-10 s) e l'intensità viene aumentata (oltre 10 6 W/cm 2 ), allora le dimensioni delle zone di carbonizzazione e di coagulazione diventano trascurabili. Questo processo è chiamato fotoablazione (fotorimozione) e viene utilizzato per rimuovere il tessuto strato per strato. La fotoablazione avviene a densità di energia di 0,01-100 J/cm 2 .

Con un ulteriore aumento dell'intensità (10 W/cm e oltre), è possibile un altro processo: il "guasto ottico". Questo fenomeno sta nel fatto che a causa dell'altissima intensità del campo elettrico della radiazione laser (paragonabile all'intensità dei campi elettrici intraatomici), si forma materia di ionizzazione, plasma e si generano onde d'urto meccaniche. Per la rottura ottica, non è richiesto l'assorbimento di quanti di luce da parte di una sostanza nel senso comune, si osserva in mezzi trasparenti, ad esempio nell'aria.

2. L'uso della radiazione laser ad alta intensità in chirurgia (principi generali)

Il principale metodo di trattamento delle malattie chirurgiche sono le operazioni associate alla dissezione dei tessuti biologici. L'impatto dell'energia luminosa altamente concentrata sul tessuto biologico porta al suo forte riscaldamento, seguito dall'evaporazione del fluido interstiziale e intracellulare, dalla compattazione e dalla coagulazione delle strutture tissutali. A basse esposizioni, gli strati superficiali del tessuto biologico vengono distrutti. Con l'aumentare dell'esposizione, aumentano la profondità e il volume della distruzione.

I laser chirurgici sono sia continui che pulsati, a seconda del tipo di mezzo attivo. Convenzionalmente, possono essere divisi in tre gruppi in base al livello di potenza:

coagulante: 1-5 W;

taglio evaporativo e poco profondo: 5-20 W;

taglio profondo: 20-100 watt.

Naturalmente, questa divisione è in gran parte arbitraria, poiché la lunghezza d'onda della radiazione e la modalità operativa influiscono notevolmente sui requisiti di potenza di uscita di un laser chirurgico.

Quando si utilizza la radiazione laser ad alta potenza, si verifica un aumento molto rapido della temperatura del tessuto nel punto di contatto del raggio laser con il tessuto biologico. Questo porta all'effetto della denaturazione proteica reversibile (40-53 °C), un ulteriore aumento della temperatura (55-63 °C) alla distruzione irreversibile delle strutture proteiche. Un aumento della temperatura da 63 a 100 °C porta alla coagulazione, e da 100 °C o più all'evaporazione e alla carbonizzazione del tessuto biologico.

L'operazione, eseguita con un metodo senza contatto, fornisce un pronunciato effetto emostatico. L'impatto viene eseguito quasi senza sangue o con una minima perdita di sangue, il che ne semplifica l'attuazione ed è accompagnato da un trauma minore ai tessuti circostanti.

La profondità di penetrazione della radiazione laser nei tessuti dipende dal tempo di esposizione e dal grado di idratazione dei tessuti. Maggiore è l'idrofilia, minore è la profondità di penetrazione e, viceversa, minore è il grado di idratazione dei tessuti, maggiore è la penetrazione della radiazione. Con la radiazione laser pulsata, il tessuto biologico non viene riscaldato alla profondità richiesta a causa di un notevole assorbimento superficiale, e quindi non si verifica l'evaporazione, ma avviene solo la coagulazione. Con un'esposizione prolungata dopo la carbonizzazione, i parametri di assorbimento dei tessuti cambiano e inizia l'evaporazione.

Nella chirurgia laser viene utilizzata la radiazione laser ad alta intensità (HILI), ottenuta utilizzando CO 2, laser EnYAG e laser argon.

Gli strumenti chirurgici laser hanno un'elevata accuratezza e accuratezza dell'azione distruttiva prodotta sugli organi e sui tessuti operati. Questo è rilevante ea volte è sempre l'anello mancante nelle fasi chiave delle operazioni, in particolare le operazioni eseguite su tessuti e organi con un intenso afflusso di sangue, al fine di provocare la coagulazione del fronte di distruzione ed evitare l'emorragia. Inoltre, l'uso di un bisturi laser garantisce l'assoluta sterilità dell'operazione. Qui puoi portare i complessi medici "Scalpel-1", "Kalina", "Razbor", "Lancet-1" - modelli di CO, laser, progettati per operazioni chirurgiche in varie aree della pratica medica. I dispositivi chirurgici laser sono uno strumento di taglio universale e possono essere utilizzati nelle fasi chiave degli interventi chirurgici. Le indicazioni per l'uso della radiazione laser durante l'intervento chirurgico sono: la necessità di operazioni su abbondantemente forniti di organi sanguigni, quando è richiesta un'emostasi completa e la sua attuazione con metodi convenzionali è accompagnata da una grande perdita di sangue; la necessità di sterilizzare le ferite purulente e prevenire la possibile contaminazione microbica delle ferite chirurgiche pulite (questa circostanza è estremamente importante nelle regioni con clima tropicale); la necessità di interventi chirurgici di precisione; interventi chirurgici in pazienti con disturbi emorragici.

Non esistono modalità universali di azione laser su diversi tessuti. Pertanto, la selezione dei parametri e delle modalità di esposizione ottimali viene effettuata dal chirurgo in modo indipendente sulla base delle tecniche di base per l'utilizzo delle unità chirurgiche laser nella pratica medica. Per l'elaborazione chirurgica, queste tecniche sono state sviluppate dai dipendenti del Centro scientifico statale russo per la medicina laser e MMA dal nome. LORO. Sechenov, Tver Medical Academy basata sulla generalizzazione dell'esperienza clinica in vari campi della medicina: odontoiatria chirurgica e chirurgia maxillo-facciale, chirurgia addominale, chirurgia polmonare e della pleura, chirurgia plastica, cosmetologia, chirurgia purulenta, chirurgia delle ustioni, chirurgia anorettale, ginecologia, urologia , otorinolaringoiatria.

La natura dell'interazione della radiazione laser con il tessuto biologico dipende dalla densità di potenza della radiazione laser e dal tempo di interazione. La velocità dell'incisione del tessuto da parte di un raggio laser nelle diverse fasi dell'operazione viene selezionata empiricamente dal chirurgo, a seconda del tipo di tessuto e della qualità desiderata dell'incisione con i parametri selezionati della radiazione laser. Il rallentamento della velocità di incisione può portare a una maggiore carbonizzazione dei tessuti e alla formazione di una zona di coagulazione profonda. Nella modalità superpulsata, e specialmente nella modalità pulsata ripetutamente, la carbonizzazione e la necrosi associate al surriscaldamento dei tessuti circostanti sono praticamente escluse a qualsiasi velocità del raggio laser. Ecco le principali caratteristiche dei dispositivi utilizzati nella pratica medica. La lunghezza d'onda della radiazione è di 10,6 micron. Potenza di radiazione in uscita (regolabile) - 0,1-50 W. Potenza in modalità "medimpulse" - 50 watt. La densità di potenza dell'irradiazione laser dall'alto è condizionatamente limitata a 50-150 W/cm 2 per laser pulsati e 10 W/cm 2 per laser continui. Il diametro del raggio laser sul tessuto (commutabile) - 200; 300; 500 µm. Guida della radiazione principale mediante un raggio laser a diodi - 2 mW, 635 nm. Modalità di irradiazione (commutabili): continua, pulsata ripetutamente, medimpulse. Tempo di esposizione alle radiazioni (regolabile) - 0,1-25 min. La durata dell'impulso di radiazione in modalità a impulsi ripetuti (regolabile) è di 0,05-1,0 s. La durata della pausa tra gli impulsi è di 0,05-1,0 s. Pannello di controllo remoto. Attivazione e disattivazione delle radiazioni - pedale. Rimozione dei prodotti della combustione - sistema di evacuazione dei fumi. Raggio dello spazio operativo - fino a 1200 mm. Il sistema di raffreddamento è autonomo, di tipo aria-liquido. Posizionamento sul pavimento o sul desktop della sala operatoria. Alimentazione (corrente alternata) - 220 V, 50 Hz, 600 W. Dimensioni, peso variano. Come puoi vedere, la principale differenza tra un laser chirurgico e altri laser medicali è la sua elevata potenza di radiazione, specialmente in un impulso. Ciò è necessario affinché durante la durata dell'impulso la sostanza tissutale abbia il tempo di assorbire la radiazione, riscaldarsi ed evaporare nello spazio aereo circostante. Fondamentalmente, tutti i laser chirurgici operano nella regione del medio infrarosso della gamma ottica.

JIM-10 è adatto per eseguire operazioni in una versione mobile - dispositivo chirurgico laser "Lasermed" - l'ultimo risultato nel campo della tecnologia laser. Costruito sulla base di laser a semiconduttore che emettono a una lunghezza d'onda di 1,06 μm, il dispositivo si distingue per l'elevata affidabilità, le dimensioni e il peso ridotti. Potenza di radiazione in uscita - 0-7 (10) W, dimensioni imballate 470 x 350 x 120 mm, peso non superiore a 8 kg. Questo dispositivo è realizzato sotto forma di una valigia che, se necessario, può essere trasformata in una postazione di lavoro.

Inoltre, tra i prodotti di altri produttori nazionali, si possono indicare i seguenti complessi chirurgici: ALOD-OBALCOM "Surgeon" (dispositivo laser chirurgico nel vicino infrarosso con potenza di radiazione regolabile). Vengono offerte 5 modifiche, che differiscono per la potenza massima della radiazione laser: 6 W, 9 W, 12 W, 15 W, 30 W. Utilizzato per PT-terapia (coagulazione, rimozione di neoplasie, taglio di tessuti), impianti basati su laser ad anidride carbonica, YAG-neodimio (chirurgia generale) e argon (oftalmologia) dell'azienda, nonché molti altri basati sia su gas che su solidi -stato e semiconduttore attivo avg.

Esistono molti analoghi stranieri e domestici, i cui principi di utilizzo sono simili a quelli sopra descritti.

3. Rottura leggera

Rottura della luce (rottura ottica, scarica ottica, scintilla laser), la transizione di una sostanza a seguito di un'intensa ionizzazione in uno stato di plasma sotto l'influenza di campi elettromagnetici di frequenze ottiche. Una rottura della luce è stata osservata per la prima volta nel 1963 quando la radiazione di un laser a cristalli di rubino pulsato ad alta potenza operante in modalità Q-switched è stata focalizzata nell'aria. Quando si verifica un'interruzione della luce, si verifica una scintilla al centro dell'obiettivo, l'effetto viene percepito dall'osservatore come un lampo luminoso, accompagnato da un suono forte. Per la scomposizione dei gas a frequenze ottiche sono necessari enormi campi elettrici dell'ordine di 106-107 V / cm, che corrisponde all'intensità del flusso luminoso nel raggio laser = 109-1011 W / cm 2 (per confronto, scomposizione a microonde dell'atmosfera L'aria si verifica a un'intensità di campo = 104 V/cm). Sono possibili due meccanismi Decomposizione luminosa di un gas sotto l'azione di un'intensa radiazione luminosa. Il primo di essi non differisce in natura dalla scomposizione dei gas in campi di frequenze non molto elevate (questo include anche la gamma delle microonde). I primi elettroni seme che sono apparsi nel campo per un motivo o per l'altro guadagnano prima energia assorbendo fotoni in collisioni con atomi di gas. Questo processo è inverso rispetto al bremsstrahlung dei quanti sulla diffusione degli elettroni da parte dei neutroni. atomi eccitati. Avendo accumulato energia sufficiente per la ionizzazione, l'elettrone ionizza l'atomo e invece di uno compaiono due elettroni lenti, il processo si ripete. Ecco come si sviluppa una valanga (vedi SCARICO DA VALANGA). In campi forti, un tale processo si verifica piuttosto rapidamente e una rottura divampa nel gas. Il secondo meccanismo per il verificarsi della rottura della luce, che è caratteristico delle frequenze ottiche, è di natura puramente quantistica. Gli elettroni possono essere staccati dagli atomi come risultato dell'effetto fotoelettrico multiquantistico, cioè con l'assorbimento simultaneo di più fotoni contemporaneamente. Un effetto fotoelettrico quantistico singolo nel caso di frequenze nella gamma visibile è impossibile, poiché i potenziali di ionizzazione degli atomi sono molte volte superiori all'energia di un quanto. Quindi, ad esempio, l'energia del fotone di un laser a rubino è di 1,78 eV e il potenziale di ionizzazione dell'argon è di 15,8 eV, ovvero sono necessari 9 fotoni per staccare un elettrone. Di solito, i processi multifotonici sono improbabili, ma la loro velocità aumenta bruscamente con l'aumentare della densità del numero di fotoni e, a quelle alte intensità alle quali si osserva la rottura della luce, la loro probabilità raggiunge un valore significativo. Nei gas densi, a pressioni dell'ordine di quella atmosferica e superiori, si verifica sempre la ionizzazione a valanga, i processi multifotonici sono qui solo la causa della comparsa dei primi elettroni. Nei gas rarefatti e nei campi di impulsi di picosecondi, quando gli elettroni volano fuori dalla regione di azione del campo senza avere il tempo di subire molte collisioni, la valanga non si sviluppa e la rottura della luce è possibile solo a causa dell'estrazione diretta di elettroni da atomi sotto l'influenza della luce. Ciò è possibile solo con campi luminosi molto intensi >107 V/cm. Ad alte pressioni, si osserva una leggera rottura in campi molto più deboli. L'intero meccanismo di rottura della luce è complesso e diversificato.

Grandezze luminose di base

La rottura della luce si osserva anche nei mezzi condensati quando la radiazione laser ad alta potenza si propaga in essi e può causare la distruzione dei materiali e delle parti ottiche dei dispositivi laser.

L'utilizzo di un laser a semiconduttore apre nuove possibilità nella qualità e nella tempistica del trattamento. Questo strumento e apparecchio chirurgico ad alta tecnologia può essere utilizzato per la prevenzione e la gestione delle ferite nel periodo postoperatorio. Ciò diventa possibile grazie all'uso delle proprietà fisioterapiche della radiazione laser a infrarossi, che ha un pronunciato effetto antinfiammatorio, azione batteriostatica e battericida e ha un effetto stimolante sull'immunità dei tessuti e sui processi di rigenerazione. Separatamente, vale la pena menzionare la possibilità di utilizzare un laser a diodi per sbiancare i denti di 3-4 toni in una visita. Tuttavia, le applicazioni laser più comuni sono in chirurgia e parodontologia.

I risultati ottenuti lavorando con un laser danno motivo di affermare che un laser a diodi è un assistente quasi indispensabile per un medico nel lavoro quotidiano, il che è confermato anche dal feedback positivo dei pazienti. Secondo loro, l'uso di questo tipo di trattamento è ragionevole e confortevole. L'operazione è senza sangue, veloce, la fase postoperatoria è più facile da sopportare.

Oggettivamente, c'è una diminuzione del tempo di guarigione di 2 volte, meno dolore durante e dopo le operazioni, che rende possibile fare a meno degli anestetici, un corso di rigenerazione più veloce, l'assenza di edema - non sorprende che un numero crescente di i pazienti preferiscono la manipolazione laser. Ma non è tutto: il metodo sviluppato per gestire i pazienti con malattia parodontale può ridurre il numero e ritardare lo svolgimento delle operazioni patchwork. Risultati incoraggianti sono stati ottenuti anche in endodonzia: il trattamento dei canali con la luce laser sembra essere molto promettente.

Aree di utilizzo. I laser a diodi sezionano, disinfettano, coagulano e ricostruiscono perfettamente i tessuti molli, grazie ai quali possono essere utilizzati per eseguire con successo le seguenti manipolazioni:

* La correzione della gengiva durante la preparazione preprotesica facilita il lavoro con i materiali. Il campo esangue dà accesso diretto alle superfici chiuse da una membrana mucosa.

* Frenuloplastica - frenulo corto eliminato della lingua e del labbro superiore, vestibolo plastico della cavità orale. Nella maggior parte dei casi, la rimozione completa del frenulo ha successo. Durante il processo di guarigione, la formazione di edema è minima, molto meno delle ferite dovute all'intervento con un bisturi.

* Trattamento delle tasche parodontali per gengivite e parodontite iniziale. Dopo il corso dell'irradiazione, si ottiene un risultato rapido e buono. È stato anche osservato che i depositi dentali duri dopo l'esposizione alle radiazioni laser vengono rimossi più facilmente.

* Gengivoplastica. L'iperplasia gengivale derivante dal trattamento ortodontico, l'irritazione meccanica è sempre più comune. È noto che la stimolazione delle mucose porta al rivestimento patologico del dente. La risposta del tessuto è costante e di solito è necessario rimuovere il tessuto in eccesso. La chirurgia laser è un metodo efficace per rimuovere il tessuto in eccesso, ripristinando il normale aspetto della mucosa.

* Trattamento delle ulcere aftose e dell'iperestesia dell'herpes. Vengono utilizzate le possibilità fisioterapiche di un laser a diodi. L'energia laser sotto forma di un raggio sfocato, diretto sulla superficie di queste lesioni, colpisce le terminazioni nervose (con iperestesia). I casi più difficili richiedono un leggero contatto con la superficie.

* Ricostruzione cosmetica della mucosa. Questa manipolazione è un perfetto metodo di trattamento estetico. I laser consentono di rimuovere il tessuto a strati. L'assenza di sanguinamento consente di eseguire queste operazioni con maggiore precisione. I tessuti gengivali evaporano facilmente, lasciando bordi netti. I parametri di larghezza, lunghezza dell'incisione e altezza dei contorni gengivali sono facilmente realizzabili.

* Trattamento parodontale. In questa situazione, il maggior successo è un approccio integrato che combina chirurgia e fisioterapia. Esistono programmi di trattamento che portano alla remissione a lungo termine se il paziente segue le raccomandazioni per l'igiene orale. Alla prima visita il processo acuto viene interrotto, quindi le tasche patologiche vengono igienizzate, se necessario vengono eseguite manipolazioni chirurgiche utilizzando materiali ossei aggiuntivi. Successivamente, il paziente viene sottoposto a un corso di mantenimento della terapia laser. Il periodo di trattamento dura in media 14 giorni.

* Trattamento endodontico. L'uso tradizionale del laser in endodonzia è l'evaporazione dei residui di polpa e la decontaminazione dei canali. Speciali punte endodontiche consentono di lavorare direttamente nel canale aperto fino all'apice. Con l'aiuto di un laser si verificano l'ablazione dei resti di tessuto, la distruzione dei batteri e la smaltatura delle pareti del canale. In presenza di una fistola, il raggio laser passa attraverso il canale della fistola verso il focolaio dell'infiammazione. Allo stesso tempo, la diffusione dell'infezione viene sospesa per un po 'e i sintomi vengono soppressi, ma una ricaduta è evidente se il canale radicolare non è completamente trattato.

* Sbiancamento. Non trascurare il fatto che questa è una delle procedure estetiche più richieste dai pazienti. Con l'aiuto di un laser a diodi, è possibile ottenere un significativo effetto sbiancante in una sola visita. La procedura stessa è estremamente semplice e consiste nell'attivare un gel sbiancante pre-applicato con radiazioni laser.

Vantaggi. In odontoiatria chirurgica e parodontologia, i vantaggi di un laser sono determinati da fattori quali la precisione e la facilità di accesso al campo operatorio. Allo stesso tempo, non c'è sanguinamento durante l'operazione, il che consente al campo operatorio di rimanere asciutto e questo naturalmente fornisce una visione migliore - di conseguenza, il tempo dell'operazione è ridotto. Inoltre, va notato che durante l'operazione i vasi vengono coagulati, riducendo così al minimo l'edema postoperatorio.

Inoltre, grazie all'azione antinfiammatoria e batteriostatica della radiazione laser, il rischio di complicanze è ridotto. La guarigione delle ferite è più rapida rispetto ai metodi tradizionali.

Con il trattamento conservativo laser della gengivite e della parodontite con una profondità della tasca fino a 5 mm, non vi è sanguinamento e infiammazione, in alcuni casi si osserva la rigenerazione del tessuto osseo, che è confermata da studi radiografici.

Durante lo sbiancamento, oltre al breve tempo della procedura (circa 1 ora), un vantaggio significativo è la minima manifestazione di ipersensibilità dopo la procedura di sbiancamento.

Sviluppi domestici. Come puoi vedere, ci sono molti vantaggi nell'usare i laser a diodi. È vero, c'è un grave inconveniente inerente a tutti gli sviluppi innovativi in ​​​​tutte le aree della conoscenza umana: il prezzo elevato. In effetti, il costo di tali dispositivi, in particolare quelli prodotti da noti marchi occidentali, è significativo. Fortunatamente, ci sono anche sviluppi russi in quest'area, e questo è un caso piuttosto raro (quando si tratta di sviluppi high-tech) in cui "russo" non significa "peggio". Sin dai tempi sovietici, gli sviluppi interni nel campo delle tecnologie laser non solo non sono inferiori alle controparti occidentali, ma spesso le superano addirittura: molti prototipi di moderni sistemi laser sono stati sviluppati nel nostro paese.

Esiste anche un laser dentale a semiconduttore domestico: questo è il dispositivo "Lami S" (sviluppato congiuntamente da Denta-Rus UMC e Opttekhnika Research and Production Company), a cui alcune aziende occidentali si sono già interessate, perché. tra l'altro, il suo indiscutibile vantaggio è il fatto che il costo di un laser è 3 volte inferiore rispetto agli analoghi importati.

La macchina utilizza cristalli laser a semiconduttore alimentati da alimentatori a bassa tensione e bassa potenza (350 W) anziché tubi a scarica di gas, che richiedono uno speciale alimentatore ad alta tensione. Questo design consente di risolvere diversi problemi contemporaneamente: l'assenza di alta tensione è una certa garanzia di sicurezza per il medico e il paziente, non ci sono campi elettromagnetici dannosi e non è richiesto un raffreddamento speciale.

Ma torniamo al prezzo basso del dispositivo: questo ti consente di recuperare i tuoi investimenti finanziari molto più velocemente e iniziare a realizzare un profitto. D'accordo, oltre a migliorare la qualità dell'assistenza ai pazienti, è anche molto importante in termini di ricezione commerciale.

Tra le altre caratteristiche dei dispositivi Lami, ha senso notare quanto segue: non richiedono condizioni speciali e manutenzione speciale, sono di piccole dimensioni e facilmente trasportabili all'interno della clinica, hanno affidabilità e stabilità dei parametri. Il servizio post-vendita è organizzato in modo tale che, in caso di malfunzionamento, il medico riceva un altro dispositivo per la durata della riparazione.

Conclusione

I principali strumenti utilizzati dal chirurgo per la dissezione tissutale sono il bisturi e le forbici, cioè strumenti taglienti. Tuttavia, le ferite e le incisioni praticate con bisturi e forbici sono accompagnate da sanguinamento, che richiede l'uso di speciali misure di emostasi. Inoltre, a contatto con i tessuti, gli strumenti da taglio possono diffondere la microflora e le cellule di tumori maligni lungo la linea di incisione. A questo proposito, per molto tempo, i chirurghi hanno sognato di avere a disposizione uno strumento tale da eseguire un'incisione senza sangue, distruggendo contemporaneamente la microflora patogena e le cellule tumorali nella ferita chirurgica. Gli interventi sul "campo operatorio asciutto" sono ideali per chirurghi di qualsiasi profilo.

I tentativi di creare un bisturi "ideale" risalgono alla fine del secolo scorso, quando fu progettato il cosiddetto elettro-coltello, che funziona utilizzando correnti ad alta frequenza. Questo dispositivo nelle versioni più avanzate è attualmente utilizzato in modo abbastanza diffuso da chirurghi di varie specialità. Tuttavia, con l'accumulo di esperienza, sono stati rivelati gli aspetti negativi dell '"elettrochirurgia", il principale dei quali è la zona troppo ampia di ustione del tessuto termico nell'area dell'incisione. È noto che più ampia è la zona ustionata, peggiore è la guarigione della ferita chirurgica. Inoltre, quando si utilizza un coltello elettrico, diventa necessario includere il corpo del paziente in un circuito elettrico. I dispositivi elettrochirurgici influiscono negativamente sul funzionamento di dispositivi elettronici e dispositivi per il monitoraggio dell'attività vitale del corpo durante l'intervento chirurgico. I dispositivi criochirurgici causano anche danni tissutali significativi che compromettono il processo di guarigione. La velocità di dissezione dei tessuti con un crioscalpel è molto bassa. In realtà, questa non è una dissezione, ma la distruzione dei tessuti. Si osserva anche una zona di ustione significativa quando si utilizza un bisturi al plasma. Se teniamo conto del fatto che il raggio laser ha proprietà emostatiche pronunciate, nonché la capacità di sigillare bronchioli, dotti biliari e dotti pancreatici, l'uso della tecnologia laser in chirurgia diventa estremamente promettente. Alcuni dei vantaggi dell'utilizzo dei laser in chirurgia sono brevemente elencati e riguardano principalmente i laser ad anidride carbonica (laser C 0 2 ). Oltre a loro, in medicina vengono utilizzati laser che operano su altri principi e su altre sostanze funzionanti. Questi laser hanno qualità fondamentalmente diverse se esposti a tessuti biologici e sono utilizzati per indicazioni relativamente ristrette, in particolare, in chirurgia cardiovascolare, oncologia, per il trattamento di malattie chirurgiche della pelle e delle mucose visibili, ecc.

CONelenco della letteratura usata

1. AN Remizov "Fisica medica e biologica".

2. OK Skobelkin "Laser in chirurgia a cura del professore".

3. SD Pletnev "Laser in medicina clinica" a cura.

Ospitato su Allbest.ru

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