81. Применение лазеров в биологии и медицине. Оборудование, технологии и программное обеспечение.

Медицинское применение лазеров

Существует широкий спектр медицинского применения лазерного излучения. Зачастую он связан с поверхностью человеческого тела, доступной для излучения. Например, в хирургии глаза и коррекции зрения (LASIK), стоматологии, дерматологии (например, фотодинамической терапии рака), в различных видах косметических процедур, таких как удаление татуировок и удаление волос.

Лазеры используются также для внутреннего хирургического вмешательства. Лазеры позволяют при разрезе тканей сократить кровотечение до минимума.

Для медицинского применения необходимы разные типы лазеров, в зависимости от длины световой волны, выходной мощности, импульсного формата излучения и т.д. Во многих случаях, длины волны лазерного излучения выбраны так, чтобы обеспечить направленное воздействие на определенные вещества. Некоторые субстанции (например, пигменты татуировки или кариес зубов) поглощают свет сильнее, чем окружающие ткани, так что лечение может быть более направленным.

Медицинские лазеры не всегда используется только для терапии. Некоторые из них могут помочь в диагностике, например, с помощью методов глазных изображений, лазерной микроскопии и спектроскопии.

Современные направления медико-биологического применения лазеров могут быть разделены на две основные группы:

1) использования лазерного излучения в качестве инструмента исследования. Лазер здесь играет роль уникального светового источника при спектральных исследованиях, в лазерной микроскопии, голографии и др.

2) в качестве инструмента воздействия на биологические объекты:

2.1) воздействие на ткани патологического очага. Применение лазеров в дерматологии и онкологии для облучения патологических тканевых образований, которое приводит к их коагуляции.

2.2) рассечение тканей. Хирургическое применение лазеров.

2.3) физиотерапевтическое воздействие - влияние обычно не вызывает явных морфологических изменений, но приводит к определенным биохимическим и физиологическим сдвигам в организме. Применение гелий-неонового лазера в целях биостимуляции при вяло текущих раневых процессах, трофических язв и др.

[Wiki] В 1960-х годах были выполнены первые исследования в отношении использования лазеров в медицине. Разработчиком первых в СССР лазерных медицинских установок было Научно-производственное предприятие «Исток».

Приваривание лазером отслоившейся сетчатки глаза — это точечная контактная сварка; лазерный скальпель — автогенная резка; сваривание костей — стыковая сварка плавлением; соединение мышечной ткани — тоже контактная сварка.

Для того чтобы лазерное излучение оказало какое-либо действие, надо, чтобы ткань его поглощала. Самый популярный лазер в хирургии — углекислотный. Другие лазеры монохроматичны, то есть нагревают, разрушают или сваривают только некоторые биологические ткани с вполне определенной окраской. Например, луч аргонового лазера свободно проходит через матовое стекловидное тело и отдает свою энергию сетчатке, цвет которой близок к красному. Углекислотный лазер пригоден в большинстве случаев, когда нужно рассечь или приварить друг к другу ткани разного цвета. Излучение лазера в воде теряет энергию (ткани насыщены кровью и лимфой - водой). Создателям хирургических лазеров приходится прибегать к всевозможным уловкам, что сильно удорожает аппаратуру.

Применение лазеров в медицине:

• Косметическая хирургия;

• Коррекция зрения, офтальмология;

• Хирургия (Гинекология, урология, лапароскопия, желудочно-кишечная хирургия, при операциях на желчных путях, селезенке, печени, легких);

• Стоматология. Лазерные установки, используемые в стоматологии, разделяются на лазеры для работы с твердыми тканями и лазеры для мягких тканей.

• Диагностика заболеваний (диагностика рака, кариеса зубов, ишемии сердечной мышцы, атеросклероза (атеросклеротическое поражение сосудов))

• Удаление опухолей, особенно мозга и спинного мозга

Среди большого многообразия медицинских лазеров наиболее распространенным является диодный или полупроводниковый лазер.

ЛЕКЦИЯ. Преимущества применения лазерного луча в медицине на примере лазерного скальпеля:

Относительно бескровный разрез, что достигается за счет спекания (коагуляции) края раны.

Постоянство режущих свойств

Лазерный луч достаточно прозрачен, что позволяет хирургу видеть разрезаемый участок со всех сторон.

Лазерный у рассекает ткань на расстоянии, не оказывая механического воздействия на ткань.

Обеспечивает стерильность.

Газовые лазеры – близкий «родственник» твердотельного лазера, только вместо кристалла – трубка с газом. Наиболее известны газовые CO2 лазеры.

Диодные лазеры – лазеры, в которых в качестве излучателя используется лазерный диод. Обладают невысокой (относительно) стоимостью, а также небольшими размером и весом. Практически все диодные лазеры, представленные на медицинском рынке, имеют малую пиковую мощность. Малая пиковая мощность (приблизительно в 1 000 раз меньше, чем у твердотельных) вкупе со «специфическими» длинами волн значительно ограничивает диапазон применений диодных лазеров.

Импульсный лазер – лазер, излучающий световую энергию не непрерывно, а импульсами.

Коагуляция – необратимое изменение белковых структур, в лазерных технологиях – за счет перегрева.

Твердотельный лазер - лазер, генератор которого, чаще всего, состоит из кристалла, расположенного между двумя зеркалами (одно из которых полупрозрачное), и лампы накачки. Примерами твердотельных лазеров являются ER:YAG, ND:YAG и KTP ND:YAG лазеры. Твердотельные лазеры обладают большой средней и очень большой пиковой мощностью, при этом – большим весом и габаритами.

Пиковая мощность – отношение энергии импульса к длительности импульса; мощность, развиваемая лазером на короткое время во время импульса. Для диодных лазеров измеряется в Ваттах (Вт). Для твердотельных лазеров измеряется в киловаттах (тысяча Ватт, кВт) или, реже, в мегаваттах (миллион Ватт, МВт).