медицина (в том числе крио

Рис 1.21 Вид толстой кишки после рассечения лазером

Рис 1.22 Применение лазерных сшивающих аппаратов

а- выполнение резекции желудка с помощью лазера и сшивающего аппарата; б- лазерные хирургические сшивающие аппараты:

1 – прямой универсальный; 2 – модифицированный НЖКА –60

На рисунке 1.22 а показано выполнение резекции желудка с помощью лазера и сшивающего аппарата. Лазерные хирургические сшивающие аппараты показаны на рисунке 1.22 б.

Выпускались различные лазерные хирургические установки на углекислом газе:

«Скальпель1» и «Ромашка» (см. рисунок 1.14) с выходной мощностью 80Вт. диаметр пятна лазерного излучения от 1 до 20 мм., «Саяны-МТ». Лазерная хирургическая установка «Саяны - МТ» применяется в общей хирургии, онкологии, проктологии. Установка на CO2 лазере непрерывного излучения с выходной мощностью на выходе световода 35 Вт., диаметр лазерного пятна от 0,1до 0,5 мм. Углекислый лазер находит применение и в нейрохирургии (для удаления опухолей головного мозга и реконструкции периферических нервов), пульмонологии (для резекции трахеи, бронхов и части легких), гематологии (для проведения операций у больных, страдающих нарушением свертывающей системы крови), урологии (для удаления мочевого пузыря и проведения операций на почке и предстательной железе), гинекологии (для проведения операций при различных заболеваниях женских половых сфер), в кардиологии и т.д.

Появились центры по лазерной хирургии:

-Московский областной центр лазерной хирургии (МОЦЛХ). Он расположен в г. Видное, Московской области.

Круг задач, решение которых возложено на Центр:

-подготовка кадров для региона, т.е. обучение врачей и среднего мед. персонала на постоянно действующих курсах по лазерной медицине;

-научная оптимизация существующих и разработка новых методик;

-организация сервисного обслуживания лазерной медицинской техники для центра и региона;

-организация и оборудование кабинетов лазерных методов лечения разного профиля с обучением персонала на местах;

-изготовление учебно-методических видеофильмов и пособий по лазерным технологиям;

-амбулаторное и стационарное лечение.

Внимание ученых сейчас все больше привлекают перспективы использования лазерного излучения через эндоскопические приборы. Успешно применяются лазеры для эндоскопического лечения пищевода, гортани, трахеи, бронхов, желудка, прямой кишки.

Проводятся работы по лазерной фотокоагуляции при острых желудоч- но-кишечных кровотечениях.

Вот уже несколько десятилетий медики с успехом используют эндоскоп - прибор для освещения и визуального обследования полых внутренних органов, например, желудочно-кишечного тракта. Теперь модернизированный его вариант стали использовать в ином качестве. Современные эндоскопы благодаря применению волоконной оптики стали меньше в диаметре, гибкими, эластичными. Именно через них врачи стали воздействовать на опухоли внутренних органов лазерным излучением.

Во Всесоюзном онкологическом центре АМН СССР с помощью лазерных эндоскопов с успехом лечат язвенную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки. Для полного заживления язвы требуется от 4 до 15 сеансов по 5 мин., в зависимости от индивидуальных особенностей больных. Таким же методом врачи ликвидируют послеоперационные осложнения у пациентов, страдающих заболеваниями желудка или пищевода.

Лазерная эндоскопическая медицинская установка благодаря наличию гибкого волокнистого световода и эндоскопа (медицинский прибор для исследования полостных и трубчатых органов, желудка, пищевода и др., и представляет собой трубку, снабженную осветительной аппаратурой и оптической системой) может применяться для внутриполостных операций и осмотров. Снабжена эндоскопами разных типов. В установку входит аргоновый лазер непрерывного действия мощностью 7 Вт. Плотность лазерного излучения на выходе из эндоскопа от 150до 250 Вт/см2. Световод представляет собой гибкий волоконный жгут диаметром 1,5 мм; длина световода 2,25 м., диаметр отдельного волокна от 5 до 10 мкм. С одного конца световод согласован с лазером, другой его конец пропущен через канал эндоскопа. Эндоскоп оптически связан с видеокамерой, которая и совокупности с видеомагнитофоном и телевизионной системой обеспечивает запись и воспроизведение изображения внутренней стенки органа. Видеоэндоскопия в настоящее время пользуется услугами электронного помощника. На смену обычной волокнистой оптике приходит микроскопическая цифровая чип-камера. Чип-камера похожа на фасеточные глаза насекомого, она состоит из многих тысяч светочувствительных элементов, размещенных на микроскопическом кристалле. Они преобразуют световую энергию в электрическую, которая по кабелю передается на наружный процессор, управляющий получением изображения. Подсветка осуществляется обычным способом с помощью стекловолоконного световода. Пока электронные видеоэндоскопы имеют значительно суженный угол обзора по сравнению с волоконно-оптическими системами. Ознакомление со световодами и их применением в медицине мы проведем в следующим разделе.

Завершая нашу беседу о применении лазеров в медицине необходимо отметить, что хотя биофизические и лечебные механизмы воздействия лазерного луча на живые клетки до конца еще не выяснены, но лазеры завоевывают в медицине все новые и новые позиции. Таким образом, за последние годы лазер прочно обосновался в качестве незаменимого медицинского инструмента как в офтальмологии и дерматологии, так и в нейрохирургии, оториноларингологии, пульманологии, гастроэнтерологии, общей хирургии, урологии, гинекологии и ортопедии.

Для каждой из этих областей медицины лазер просто необходим. Более того, решение различных проблем в медицине требует, соответственно, применения различных лазерных систем.

Наряду с аргоновым лазером, применяющимся благодаря своей высокой избирательности по отношению к аутогенным хромофорам в офтальмологии и дерматологии, CO2 лазер представляет собой тончайший скальпель благодаря высокой поглощаемости водой его излучения и незначительной глубины проникновения. Поэтому он всегда применяется там, где проводятся микрохирургические операции удаления ткани на площади (двухмерное). Его недостатком в настоящее время является слабая проводимость излучения по стекловолоконному кабелю.

Nd - VAG лазер способен коагулировать большие объемы и применяется там, где имеется густая сосудистая сеть - при аномалиях развития и опухолях. Хорошая проводимость стекловолоконным кабелем обеспечивает универсальность его применения. При гибких или жестких эндоскопах он может использоваться для коагуляции кровотечений, аномальных образований и опухолей, а при более высокой мощности также и для раскупоривания опухолевых сужений (стенозов). При использовании ручного фокусирующего устройства и соответствующей высокой мощной плотности возможно осуществление резекции на паренхиматозных органах, таких как печень, селезенка, поджелудочная железа и почки, с одновременной остановкой кровотечения.

Эксимерный лазер с излучением в ультрафиолетовом диапазоне благодаря атермичности применяется преимущественно при удалении тканей, открывает новые возможности для хирургических операций на роговой оболочке и стекловидном теле глаза, при открытии закупоренных кровеносных сосудов на периферии и в венечной области, а также в артроскопии и одонтологии. При дальнейшем развитии и совершенствовании лазеров, применяемых в медицине, определяющими, считает Г. И. Мюллер, будут следующие факторы:

- дальнейшее углубление понимания механизма воздействия. Даже в области термовоздействия еще до конца не изучены все механизмы реакции тканей на лазерное излучение. До сих пор дозировка определялась чисто случайно или эмпирически. В настоящее же время необходимы систематические исследования по определению оптимальных рабочих параметров излучения лазера для получения желаемой реакции той или иной ткани. В области нели-

нейного, ионизирующего воздействия предстоит провести основательные исследования с целью обеспечения осмысленного применения этих эффектов

вмедицине;

-наличие технически более совершенных лазерных конструкций и соответствующих систем, которые должны привести к снижению их стоимости и, тем самым, расширению их использования;

-наличие гибких оптических систем, в особенности оптических волокон для передачи светового излучения в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах;

-создание соответствующей оснастки. Значительное увеличение мощности лазера делает возможным расширить круг проведения эндоскопических операций. Дальнейшее развитие и совершенствование гибких эндоскопов приведет к возможности использования лазера в тех случаях, когда раньше требовалось хирургическое вмешательство или когда вообще не могло быть проведено никакое лечение. Конкретно в таких случаях лазер поможет решать следующие проблемы:

-в области реканализации сосудов, преимущественно в кардиососудистой области;

-приведение сосудов в норму при стенозах и закупорке артериальной сосудистой системы.

В дальнейшем станет возможным с помощью лазерного луча разрушение или растворение камней как в области почечной лоханки, желчного пузыря и путей мочевыделения, так и в области желчных путей, комбинированное лечение, в рамках которого использование лазера будет одним из его моментов. Сюда можно отнести After-loading - методом опухолей с обезболиванием, лазерную терапию в ткани под NMP - контролем (nuclear magnetic resonance) и использование светочувствительности для локального изменения поглотительной способности в биологической ткани.

Применение фотохимической терапии было расширено в значительной степени благодаря использованию лазеров. Это касается области фотохимических реакций в аутогенных пигментах соответственно хромофорных группах крупных биомолекул.

Сюда относится также фотодинамическая терапия чужеродных хромофоров, так как они в настоящее время используются уже с пигментом, дериватом гематопорфирина.

При такого рода действии лазер имеет преимущества, так как он благодаря высокой направленности луча может быть относительно свободно подведен по гибким светопроводящим системам через кожу или по кровеносным сосудам и полостям в любую точку организма.

В медицине усиливается тенденция к применению твердотельных лазеров и полупроводниковых лазеров, так как данные системы в техническом отношении более просты в эксплуатации.

Список использованных источников

1.Дж. Реди /Промышленные применения лазеров М. «Мир»,1981/,640 с.

2.Справочник по лазерной технике./ Под ред. Ю.В. Байбородина, Л.З. Криксунова, О.Н.Литвененко. Киев. «Техника»1978г.,288с.

3.К.И. Крылов, В.Т. Прокопенко, А.С. Митрофанов./ Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. /Л. «Машиностроение» 1978г.,336с.

4./Прибор ОКГ-13: техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт, инструкция по упаковке и распаковке. /

5.Каталог фирмы «Озонтлазер»/ Современное технологическое оборудование. /София, Болгария.

6.Проспект. Лазерная медицинская система 405-4 (Optica-Болгария)

7.Л.В. Тарасов. /Лазеры: действительность и надежды. /М. «Наука», Главная редакция физико-математической литературы 1985г,.176с,

8.Н.Г. Тереулов, Б.К. Соколов, Г. Варбанов, Б.С. Малышев, М.И. Неганов, Е.Ю. Ерофеев. /Лазерные технологии на машиностроительном заводе. /Академия наук РБ, Уфа,1993г.,264с.

9.Д. Бастинг. /Лазерная техника - растущий рынок сбыта. /Советско-

западногерманский индексный журнал «Экономика, техника» №3,1990Г.,С48-50.

10.Г.Й. Мюллер. /Световые лучи исцеляют – лазеры в медицине. /Советскозападногерманский индексный журнал « Экономика, техника» №2,1990г.,

с 50-52.

11./Электронная эндоскопия – микрочип в организме. /Советскозападногерманский индексный журнал «Экономика, тежника» №2», 1990г., с 63.

12.О.К. Скобелкин, Е.И. Бреов, В.И. Корепанов. /Лазеры в хирургии. /Международный ежегодник «Наука и человечество»,1984г., с 56-65.

13.А.Н. Малов, М.Г. Костюк. /Модельный анализ основных биологических процессов в низкоинтенсивной лазерной терапии./ Ж. «Лазер Маркет»

01.1995гг., с 37-39.

2. Световоды

2.1 Общие сведения

Световод – закрытое средство для направленной передачи и распространения оптического излучения. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны. Изучение его распространения и явлений, происходящих при взаимодействии оптического излучения с веществом, ведется разделом физики называемым ОПТИКОЙ.

Вшкале электромагнитного спектра оптическое излучение характеризуется длинами волн, расположенных в диапазоне 5 10−9 −10−3 м. Иначе говоря, оптический диапазон длин волн ограничен с одной стороны микроволновым диапазоном радиоизлучения, а с другой – рентгеновскими лучами: в его состав входит инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая области электромагнитного спектра.

Границы спектральной области оптического излучения условны и в основном определяются общностью технических средств и методов исследования явлений в этом диапазоне. Эта область электромагнитных волн наиболее результативно изучается оптическими методами с помощью оптических систем.

Традиционно оптика подразделяется на геометрическую, физическую и физиологическую.

Геометрическая оптика не затрагивает вопросы природы оптического излучения. Она основывается на эмпирических законах его распределения, преломления и отражения на границе сред с различными оптическими свойствами, применяя представление о лучах.

Физическая оптика рассматривает вопросы, связанные с процессами испускания оптического излучения, их природой и происходящими явлениями.

Физиологическая оптика занимается изучением строения и функционирования всего аппарата зрения – от глаза до коры мозга. Результаты физиологической оптики используются как в медицине и физиологии, так и в технике при разработке осветительных приборов, очков, цветного кино и т.д.

Наиболее важное достижение современной оптики – создание лазеров. Оптическое излучение называют также световым.

Вузком смысле под словом “свет” понимают видимое оптическое излучение, которое воспринимается человеческим глазом и вызывает зрительное ощущение. Диапазон длин волн видимого излучения условно простирае-

тся, от 4 10−7 м до 7,6 10−7 м (лежит между 380 - 400 нм и 760 - 780 нм).

В широком смысле термин “свет” включает, кроме видимого излучения, инфракрасную и ультрафиолетовую области электромагнитного спектра.

Дальше мы будем пользоваться термином “свет” в широком смысле этого слова, так как законы, справедливые для видимого участка спектра, верны и для остальных представителей оптического излучения.

Одним из крупных разделов физической оптики является волновая оптика, изучающая совокупность явлений, в которых проявляется волновая природа света. В классической волновой оптике считают, что параметры среды не зависят от интенсивности света. Волновая оптика является основой при изучении передачи света.

Как мы уже говорили, световод – устройство для направленной передачи (канализации) световой энергии.

Синонимы – светопровод, световой волновод, оптический волновод, волоконный световод.

Возникновение этих устройств связано с тем, что передача пучка световой энергии в окружающей нас атмосфере сопряжена со значительными потерями, затрудняющими или вовсе исключающими его передачу на заданные расстояния в пределах прямой видимости. Причинами служат изменчивость состояния атмосферы (дождь, снег и изменение температуры) и наличие в ней случайно распределенных неоднородностей, приводящих к рассеиванию, расхождению и отклонению светового пучка.

Потребность транспортировки света для освещения труднодоступных участков различных объектов через каналы со сложной конфигурацией для прямого наблюдения состояния их внутренних полостей также стимулировало создание различного рода приборов на основе волоконных световодов.

Световоды нашли значительное применение в различных областях техники и в медицине. Появление лазеров с их уникальными возможностями позволило широко использовать световоды в системах передачи информации и совершенствовать их конструктивные показатели.

Перемещение фронта светового пучка в световодах осуществляется за счет отражения световых лучей от зеркальных поверхностей или же от границы двух сред. Вспомним экспериментальные законы отражения и преломления света из геометрической оптики.

2.2 Законы отражения и преломления света

2.2.1 Законы отражения

Первый закон отражения гласит: “Луч падающий, перпендикуляр к границе двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости”. Иными словами говоря, смысл этого закона в том, чтобы третья из перечисленных прямых попала в плоскость, положение которой

определяют первые две.

“Угол падения равен углу отражения”, - такова формулировка второго закона отражения. Исходя из содержания этого закона можно заключить, что изменяя произвольно угол падения получаем такое же изменение угла отражения.

Различают два вида отражения светового пучка от поверхности, на которую он падает – диффузное и зеркальное.

Зеркальное отражение происходит тогда, когда неровности поверхности тела и неоднородности его внутреннего строения не превосходят длину световой волны. В ином случае отражение – диффузное. При зеркальном отражении падающий на поверхность параллельный пучок лучей света, подчиняясь законам отражения, отходит от нее так же параллельным пучком.

При диффузном отражении падающий на поверхность параллельный пучок лучей света рассеивается. Количество световой энергии у отраженного пучка меньше, чем у падающего. Это связано с тем, что не вся световая энергия пучка, падающего на поверхность (границу раздела двух сред), отражается от нее. В процессе отражения часть световой энергии проникает через границу раздела во вторую среду, перемещаясь в ней и частично поглощается. Количественно энергия отраженного пучка зависит от оптических свойств граничащих сред и угла падения пучка. Так, например, при падении света на границу сред “воздух - стекло” с углом равным 0о доля отраженной энергии составляет 4,7 %, а прошедшей энергии 95,3 %, а с углом равным 89о эти доли соответственно равны 91 % и 9 %.

2.2.2 Законы преломления

Установлено, что на границе двух сред (например, “воздух - стекло”) кроме отражения света происходит и его преломление. Суть преломления светового луча состоит в том, что он частично переходит из одной среды во вторую изменяя свое первоначальное направление. Вспомним законы преломления.

Первый закон: “Луч падающий, перпендикуляр к границе двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости”.

Этот закон аналогичен первому закону отражения. По этому закону третий (преломленный) луч должен лежать в плоскости падения, положение которой определяется падающим лучом и перпендикуляром к границе двух сред в точке падения.

Второй закон преломления: “Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной пары сред”. Показатель преломления – величина постоянная. Он не зависит от угла падения и определяется оптическими свойствами граничащих сред. Иначе говоря, этот показатель не изменяется при произвольном

изменении угла падения и соответственном изменении угла преломления. Если угол падения светового луча на раздел сред 1 и 2 равен θ , а угол преломления во второй среде β (см. рисунок 2.1.а), то показатель преломле-

ния второй среды относительно первой математически запишется (закон преломления Снелля):

Показатели преломления первой среды относительно второй и второй среды относительно первой – обратные величины. Абсолютный показатель преломления n показывает во сколько раз скорость света в вакууме с больше, чем в рассматриваемой среде v

n = cv ,

Показатель преломления воздуха относительно вакуума n= 1,0003. Поэтому на практике часто используют показатель преломления относительно воздуха. Среду с большим показателем преломления называют оптически более плотной, а с меньшим – оптически менее плотной или если угол падения меньше угла преломления, то вторая среда называется оптически менее плотной и наоборот.

2.2.3 Полное внутреннее отражение

Вам известно (ранее в некоторой мере мы затронули этот вопрос), что при падении света на границу раздела двух сред часть его энергии отражается, а другая часть проникает через границу раздела во вторую среду. При рассмотрении примера перехода света из оптически менее плотной среды (воздуха) в среду оптически более плотную (стекло) было показано, что доля отраженной энергии зависит от угла падения: доля отраженной энергии сильно возрастает с увеличением угла падения. Оказалось, что даже при углах падения, близких к 900 (например,890), когда световой луч практически скользит по поверхности раздела сред, все же часть световой энергии переходит с менее оптически плотной в более оптически плотную среду.

Интересное явление возникает когда луч света переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную. Опыт показывает, что в этом случае угол преломления больше, чем угол падения и преломленный луч с увеличением угла падения больше отклоняется от нормали к границе сред в точке его падения.

Рассмотрим случай, когда падающий световой луч переходит из среды оптически более плотной (например, стекло) с показателем преломления n1 в