Физико-механические характеристики лазеров

Лазер, от английской аббревиатуры Light Amplification by Stimulated Emission of  Radiation (усиление света посредством стимулированной эмиссии излучения) представляет собой активацию среды с помощью электромагнитных волн или мощного светового потока, в результате чего происходит возбуждение большинства молекул и атомов до высокоэнергизированного (возбужденного) состояния. Спонтанное возвращение к исходному состоянию молекул и атомов сопровождается выходом из каждого из них светового кванта (фотона электромагнитного излучения). Соударение такого фотона с другой такой возбужденной частицей ведет к выходу из  неё своего фотона, что дает начало следующему и т.д. Тем самым возникает лавинообразная генерация всё новых и новых стимулированных фотонов с одинаковой энергией – стимулированная эмиссия, это обусловливает существование лазерного луча как такового. Основой работающего лазера является так называемая активная среда. Основой для неё могут быть твердые тела (кристаллы, сплавы, полупроводники), жидкости (растворы красителей) или газы (СО2, галогены, инертные газы, газовые смеси). Лазерное излучение обладает рядом характеристик, сочетание которых обусловливает область применения того или иного типа лазера. Наиболее важными свойствами лазерного излучения являются: длина волны, комплиментарность волны, когерентность излучения, режим излучения, мощность, энергия в импульсе, суммарная поглощенная энергия и т.д. Параметрами, неразрывно связывающими свойства объекта и лазерного луча, являются коэффициент отражения, поглощения и рассеяния данного вида излучения в данном виде ткани или её отдельных составляющих. Длина волны, испускаемая данным лазером, зависит от состава среды.

Также одним из важнейших свойств лазерного излучения является когерентность луча, это означает то, что все его фоны находятся в одной фазе. Данное свойство даёт возможность точной фокусировки, обладает высокой степенью монохроматичности и малой степенью его расходимости при выходе из резонатора. Совокупность этих свойств и возможность варьировать состав среды и энергию её активации делает лазер исключительно точным и вместе с тем универсальным инструментом, многочисленные разновидности которого используются в медицине. К настоящему времени разработано несколько десятков различных лазеров и их модификаций, излучающих в видимой (λ – 760-380 нм), инфракрасной (λ > 760 нм), ультрафиолетовой (λ < 380 нм), а также рентгеновской (λ ≤ 1 нм) областях спектра электромагнитных волн. Их применение в различных областях медицины определяется специфичностью их взаимодействия с  тканями организма. Так, при облучении живых объектов лучами Nd:YAG (1064 нм), энергия поглощается главным образом в неводном компоненте, а поглощение в воде чрезвычайно мало, что делает понятным возникновение абляции, неизбежно сопровождающуюся глубоким термическим повреждением и карбонизацией тканей.

Присутствие данного эффекта при излучении Nd:YAG лазера для работы на мягких, хорошо васкуляризированных тканях необходимо для сварки, резания и полноценного гемостаза, но нежелательно для кожного покрова. Сходным действием обладает аргоновый (λ – 488/514) лазер, использующийся для ликвидации патологических сосудов. Аналогичные события происходят при использовании на мягких тканях импульсных лазеров, излучающих в инфракрасной области спектра, их действие наиболее оправдано в импульсном режиме излучения на твёрдых тканях (кость, эмаль и дентин зуба и т.п.) и при необходимости абляции. Среди импульсных лазеров, излучающих в ультрафиолетовой области, наибольший интерес представляют эксимерные лазеры. Практическое использование эксимерных лазеров для вмешательств, требующих рассечения или воздействия на ткани значительной толщины, нецелесообразно из-за их низкой производительности. Эти инструменты незаменимы для тонкой, прецизионной работы, при которой необходима абляция миниатюрных объемов материала, чаще всего их используют для точных операций на оболочках глазного яблока, удаления атеросклеротических бляшек из просвета сосудов, мелких хрящах, в полостях малых объемов.

Лазер, от английской аббревиатуры Light Amplification by Stimulated Emission of  Radiation (усиление света посредством стимулированной эмиссии излучения) представляет собой активацию среды с помощью электромагнитных волн или мощного светового потока, в результате чего происходит возбуждение большинства молекул и атомов до высокоэнергизированного (возбужденного) состояния. Спонтанное возвращение к исходному состоянию молекул и атомов сопровождается выходом из каждого из них светового кванта (фотона электромагнитного излучения). Соударение такого фотона с другой такой возбужденной частицей ведет к выходу из  неё своего фотона, что дает начало следующему и т.д. Тем самым возникает лавинообразная генерация всё новых и новых стимулированных фотонов с одинаковой энергией – стимулированная эмиссия, это обусловливает существование лазерного луча как такового.

Основой работающего лазера является так называемая активная среда. Основой для неё могут быть твердые тела (кристаллы, сплавы, полупроводники), жидкости (растворы красителей) или газы (СО2, галогены, инертные газы, газовые смеси).

Лазерное излучение обладает рядом характеристик, сочетание которых обусловливает область применения того или иного типа лазера. Наиболее важными свойствами лазерного излучения являются: длина волны, комплиментарность волны, когерентность излучения, режим излучения, мощность, энергия в импульсе, суммарная поглощенная энергия и т.д. Параметрами, неразрывно связывающими свойства объекта и лазерного луча, являются коэффициент отражения, поглощения и рассеяния данного вида излучения в данном виде ткани или её отдельных составляющих.

Длина волны, испускаемая данным лазером, зависит от состава среды. Также одним из важнейших свойств лазерного излучения является когерентность луча, это означает то, что все его фоны находятся в одной фазе. Данное свойство даёт возможность точной фокусировки, обладает высокой степенью монохроматичности и малой степенью его расходимости при выходе из резонатора. Совокупность этих свойств и возможность варьировать состав среды и энергию её активации делает лазер исключительно точным и вместе с тем универсальным инструментом, многочисленные разновидности которого используются в медицине. Nd:YAG лазер на алюмо-иттриевом гранате, на базе которого сконструирован применяемый нами лазерный аппарат №280 9 выделяется среди других спектральной чистотой и высокой степенью когерентности (от лат. cohaerens – находящийся в связи – согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Если разность фаз 2 колебаний остается постоянной во времени или меняется по строго определенному закону, то колебания называются когерентными. Колебания, у которых разность фаз изменяется беспорядочно и быстро по сравнению с их периодом, называются некогерентными излучениями. В данном лазере генерация излучения происходит за счет перехода молекул неодима из невозбужденного состояния в возбужденное на длине волны 1064 или 532 нм.

Изучая результаты воздействия углекислотного лазера на ткани организма,  установлено, что имеются место различные эффекты, возникающие при прохождении света через неоднородную (так называемую, «мутную») среду, коими и являются клетки кожи, крови, подкожно-жировой клетчатки. Проникающее в ткани лазерное излучение подвергается многократному рассеиванию и поглощению различными биологическими структурами, при этом возникают эффекты, связанные с вторичным излучением (флуоресценция и фосфоресценция) или возникновением волн сдавления и упругого удара за счет воздействия на ткани мощного электромагнитного поля.

Ключевым моментом  применения данного вида воздействия является поглощение световой энергии. Само поглощение света основывается на фотобиологическом эффекте и определяется комплиментарностью (соответствием) длины его волны поглощающим субстанциям в тканях. Взаимодействие излучения Nd:YAG лазера с тканями организма непосредственно зависит от содержания в ней воды и хроматофоров, которая является основной поглощающей субстанцией световых квантов на длине волны 1064 нм. Под влиянием поглощенной энергии лазерного излучения усиливаются колебательные процессы в молекулах воды, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры в тканях и началу возникновения фотобиологических эффектов. При облучении тканей с высоким содержанием воды энергия поглощается, главным образом в неводном компоненте, а поглощение в воде, наоборот, чрезвычайно мало. В неводной части биоматериала поглощение излучения возрастает за счет хроматофоров – гемоглобина крови, меланина кожи. Коэффициент поглощения существенно возрастает у белков, денатурированных вследствие нагревания облучаемой ткани. Глубина проникновения света является функцией длины волны, что определяет выбор конкретного лазера для тех или иных лечебных воздействий. Воздействие высокоэнергетического лазерного излучения непосредственно зависит от оптического проникновения света в ткани и тепловой диффузии. Эффективная глубина оптического проникновения излучения Nd:YAG лазера на биологические ткани не превышает 5,5 мм.

В этой связи наиболее детально исследован  лазер с длиной волны 1064 мкм. Nd:YAG лазеры, генерирующие излучение с подобной длиной волны, наиболее широко используются в мировой практике. Его излучение интенсивно поглощается молекулами тканевой воды, а от неё и неводных компонентов. Под влиянием поглощенной энергии излучения Nd:YAG лазера усиливаются колебательные процессы в молекулах воды, в результате чего возрастает температура в тканях. С перегретым материалом (в основном – пары воды) из тканей удаляется и большая часть тепловой энергии, а её незначительная оставшаяся доля приводит к минимальным термическим повреждениям на глубину лишь 50-100 мкм. 

Общеизвестно фотохимическое воздействие этого вида лазерной энергии, при котором поглощенная биотканями энергия квантов света индуцирует фотохимические реакции. Степень выраженности фототермического действия, равно как и морфологических изменений в тканях, зависит от энергетических параметров лазерного излучения. При слабой концентрации световой энергии, а также в глубоких слоях тканей, где интенсивность лазерного воздействия резко ослабевает, преобладают именно фотохимические реакции, которые обусловливают эффект фотоактивации клеток.

Воздействие излучения Nd:YAG лазера имеет ряд преимуществ, обусловленных спецификой воздействия лазерного излучения на биологические ткани. Использование лазеров основывается на взаимодействии света различной мощности с тканями организма. В зависимости от характера этого взаимодействия различают три вида фотобиологических эффектов:
1.    невозмущающее  воздействие, когда биологические ткани не изменяют своих свойств в процессе взаимодействия со светом;
2.    фотодеструктивное действие, когда фотофизическое воздействие света на биологические ткани связано с их нагреванием и абляцией;
3.    фотохимическое воздействие, при котором энергия квантов света, поглощенная биотканями, индуцирует фотохимические реакции активации, распада и синтеза молекул.

Первичный акт поглощения фотонов, равно как и последующие акты межмолекулярного переноса энергии, а также фототермические и фотохимические изменения тканей, занимает доли секунды. Биологический ответ организма на лазерное воздействие формируется за более длительный временной период – от секунд до часов. Достижение  же конечного лечебного результата занимает несравнимо более длительный промежуток времени, исчисляемый днями.                                                               

При воздействии на ткани организма  создаются условия для их фотодинамической абляции. Воздействие на ткани происходит на очень незначительную глубину, без выраженного термического эффекта. Так, при времени воздействия излучения Nd:YAG лазера на ткани в течение 0,001 (1 мс) и пиковой мощности, фиксированой на уровне 50 Вт, глубина тепловой диффузии составляет 23 мкм, а при времени воздействия 0,0001 (100 мкс) 7,2 мкм. При этом воздействие импульсов лазерной энергии на ткани происходит настолько быстро, что в данной зоне тепло не успевает распространиться. Это становится возможным за счет того, что чередование импульсов и пауз и энергия потока в импульсе подобрано оптимально, это позволяет значительно снизить термическое воздействие лазерного излучения на ткани организма. Уменьшение длительности импульса (при всех прочих одинаковых параметрах) до 200 мкс по сравнению со стандартным – 500 мкс позволяет снизить энергетическую облученность более чем в два раза, что приводит к уменьшению времени местного прогревания тканей и, соответственно, к уменьшению глубины тепловой диффузии в подлежащие ткани. Данный режим отличается высокой степенью концентрации лазерной энергии (20 мДж) в очень короткие импульсы (длительность импульса 100-500 мкс) и первичный акт поглощения фотонов, равно как и последующие акты межмолекулярного переноса энергии, а также фототермические и фотохимические изменения тканей, занимают доли секунды. За счет изменения длительности паузы между импульсами частоту импульсов можно варьировать от 1 до 6 Гц, что даёт возможность регулировать энергетическую плотность лазерного потока. Воздействие Nd:YAG лазера подразумевает, что во время манипуляции в верхнем слое дермы развиваются одновременно два процесса: нагрев и охлаждение ткани. При этом происходит мгновенный нагрев внутриклеточной жидкости и микровзрывы. При использовании Nd:YAG лазера в тканях полностью отсутствует карбонизация, а тепловое повреждение окружающих тканей минимально. В настоящее время доказано, что повышение мощности лазерного излучения и концентрация лазерной энергии в короткие импульсы позволяет добиться снижения теплового воздействия на биоткани, а также получить нетермические эффекты. Для достаточного и эффективного лазерного воздействия на ткани мощность должна быть достаточно высокой – не менее 50 Вт в импульсе, диаметр лазерного пятна – минимальным, приблизительно 0,2 см. 

В лазерном хирургическом аппарате №280 воздействие осуществляется сфокусированным лучом, наведение которого осуществляется при помощи рабочей насадки, контакта рабочих частей аппарата с кожей не происходит. Оптикомеханический сканер с радиусом круга развёртки лазерного луча до 2 мм позволяет достигать площади обрабатываемой поверхности кожи за один проход 12 мм2.

Таким образом, одним из главных преимуществ лазерной хирургии является малая травматичность проводимых операций, снижение числа рецидивов  и осложнений после удаления дефектов кожи, сокращаются сроки заживления ран. Также важными и несомненными достоинствами метода является создание стерильности в зоне воздействия лазерного луча и отсутствие болевого синдрома в послеоперационном периоде. В основе методик применения Nd:YAG лазера лежит низкая способность лазерного луча проникать в ткани и, как следствие этого, образование незначительной зоны некроза при очень низком болевом раздражении рецепторов.

Таким образом, стимуляция формирования роста микрососудов, обеспечивают высокий уровень трофики клеток и тканей в зоне регенерации, что в свою очередь, приводит к относительно ранней реорганизации соединительной ткани в структуры, свойственные нормальной дерме и образованию эстетически и функционально оптимального рубца.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Поделитесь своим мнением
Для оформления сообщений Вы можете использовать следующие тэги:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Мы Вконтакте

О компании PinkMarket

Оптово-розничный магазин для косметологов, мастеров перманентного макияжа, мастеров пирсинга
"PINKMARKET-PROFI".
Мы изучаем, что нужно нашим покупателям и приводим наш ассортимент в соответствие с Вашими запросами.
Мы специализируемся на инструментах и средствах для любых задач - иглах, машинках, пигментах для перманентного макияжа,
средствах для анестезии, эпиляции, серебряных украшениях для пирсинга, инструментах для перманентных процедур, мезороллерах, гелях и пр.
Мы помогаем вам делать людей красивыми!

© 2017 официальный блог компании Pinkmarket все о татуаже  Войти
Яндекс.Метрика