Карагандинский государственный медицинский университет Кафедра Информатики и биофизики Дисциплина: Медицинская биофизика «Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани » Подготовила: Каржаспаева Г. Б. 171 ОМ Проверил: Пашев В. И. Караганда 2014
Лазеры. Несмотря на общую природу световых и радиоволн, многие годы оптика и радиоэлектроника развивались самостоятельно, независимо друг от друга. Казалось, что источники света – возбужденные частицы и генераторы радиоволн – имеют мало общего. Лишь с середины ХХ столетия появились работы по созданию молекулярных усилителей и генераторов радиоволн, которые положили начало новой самостоятельной области физики – квантовой электронике.
Квантовая электроника изучает методы усиления и генерации электромагнитных колебаний с использованием вынужденного излучения квантовых систем. Достижения в этой области знаний находят всё большее применение в науке и технике. Эти явления лежат в работе оптических квантовых генераторов – лазеров. Создание лазеров оказалось возможным в результате реализации трех фундаментальных физических идей: вынужденного излучения, создание термодинамически неравновесной инверсной населенности энергетических уровней атомов и использования положительной обратной связи.
а) спонтанный процесс б) индуцированное излучение в) основное состояние
Применение лазеров основано на своиствах их излучения: высокая монохромичность , достаточно большая мощность, узкость пучка и когерентность. Широкое преминение лазеры нашли в хирургии, стоматологии, офтальмологии, дерматологии, онкологии. Биологические эффекты лазерного излучения зависят как от своиств биологического материала, так и от своиств лазерного излучения. Все лазеры используемые в медицине, условно подразделяются на 2 вида: низкоинтенсивные (интенсивность не превышает 10 Вт/см 2, чаще всего составляет около 0, 1 Вт/см 2) – терапевтические и высокоинтенсивные – хирургические. Интенсивность наиболее мощных лазеров может достигать 1014 Вт/см 2, в медицине обычно используется лазеры с интенсивностью 102 -106 Вт/см 2.
Энергия ионизации а) При пикосекундной интенсивности б) При наносекундной интенсивности
Биологическое действие высокоинтенсивного лазерного излучения реализуется в тканях организма в виде трех основных эффектов: • первичных – выражающихся в изменениях энергетического содержания электронных уровней и стереохимической перестройке молекул вещества ткани, коагуляции белковых структур и т. п. ; • вторичных – фотохимических, фотоэлектрических и фотодинамических эффектов, стимуляции или угнетении биохимических процессов, изменении функционального состояния клеток (включая их мембраны и органеллы), тканей и систем целостного организма; • эффектов последствия – цитопатического и др. Первичное воздействие излучения высокоинтенсивных лазеров проявляется в виде трех основных эффектов: 1) светового, 2) термического, 3) давления света.
Гистологические изменения вызванные фототермическими процессами
Температурные эффекты 1. Низкотемпературные эффекты (43 – 100°C) 2. Средневысокие температурные эффекты (>100°C) 3. Термоаблят (удаление горячего слоя ткани), вызванный высокой температурой (между 300 и тысячами °C).
Фотомеханическое взаимодействие В зависимости от типа взаимодействия, можно разделить волны воздействия на: I. Акустическую волну, которая является волной малого воздействия, распространяемой на скорости звука; II. Ударную волну – волна сильного воздействия, распространяемая на сверхзвуковой скорости. Ударная волна характеризуется сверхзвуковой скоростью распространения и очень крутым фронтом, где давление достигает несколько тысяч атмосфер на расстоянии нескольких нанометров, создавая временные эффекты с увеличением задержки на несколько пикосекунд.
Фотомеханические процессы В соответствии с интенсивностью лазерного импульса, можно различить три пограничных случая: в поглощающей среде и ниже оптического порога распада, в образовании акустических волн доминируют термоэластичные эффекты и парообразование; в прозрачной среде акустические эффекты связаны с формированием плазмы, которое может объединиться с вышеназванными процессами также и в поглощающей среде.
лазерный луч
Применение лазера в стоматологии. Все множество лазеров доступных для использования в стоматологических целях различаются в нескольких аспектах. Основное различие состоит в активной среде (т. е. в материале, подвергающемуся индуцированному излучению). Использованный материал определяет длину волны производимой энергии, а, следовательно, клинические показания. Лазеры различаются также в зависимости от места приложения их энергии – воздействующие на мягкие или твердые ткани. В таблице 2. представлена информация о типах наиболее широко применяемых в стоматологии лазеров, глубине проникновения генерируемого ими луча и хромофора, на который они воздействуют.
Применение лазера в дерматологии и косметологии Использование высокоинтенсивного лазерного излучения (ВИЛИ) ВИЛИ получают с помощью СО 2, Er: YAG-лазера и аргонового лазера. СО 2 -лазер в основном используется для лазерного удаления (деструкции) папиллом, бородавок, кондилом, рубцов и дермабразии; Er: YAGлазер — для лазерного омолаживания кожи. Существуют также комбинированные СО 2 -, Er: YAGлазерные системы.
Лазерная эпиляция. В основе лазерной эпиляции (термолазерной эпиляции) лежит принцип селективного фототермолиза. Световая волна со специально подобранными характеристиками проходит через кожу и, не повреждая ее, избирательно поглощается меланином, содержащимся в больших количествах в волосяных луковицах. Это вызывает нагрев волосяных луковиц (фолликулов) с последующей их коагуляцией и разрушением. Для разрушения фолликулов требуется, чтобы к корню волоса было подведено необходимое количество световой энергии. Для эпиляции используется излучение мощностью от 10, 0 до 60, 0 Вт. Так как волосы находятся в разных стадиях роста, то для полной эпиляции требуется несколько процедур. Они проводятся на любом участке тела, бесконтактно, не менее 3 раз с интервалом 1 – 3 мес.
Лазерная дермабразия. Дермабразия — это снятие верхних слоев эпидермиса. После воздействия остается достаточно мягкий и безболезненный лазерный струп. В течение 1 мес после процедуры под струпом формируется новая молодая кожа. Применяется лазерная дермабразия для омолаживания кожи лица и шеи, сведения татуировок, шлифовки рубцов, а также в качестве лечения постакне у больных тяжелыми формами угревой болезни.
Использование высокоинтенсивного лазерного излучения в лечении варикозной болезни и ее осложнений – трофических язв.
Применение высокоэнергетического лазерного излучения в гинекологической практике В основе использования лазерного излучения в гинекологической практике лежат два основных принципа: альтернативное применение высокоинтенсивного лазерного излучения в качестве скальпеля как многопрофильного хирургического инструмента и физический фактор, обладающий широким спектром биологического действия. В настоящее время углекислотный лазер нашел широкое применение для лечения патологических состояний вульвы, влагалища и шейки матки. Это папилломавирусные поражения вульвы, влагалища и шейки матки, лейкоплакия вульвы, влагалища и шейки матки, дисплазии слизистых различной степени, эктопии цилиндрического эпителия шейки матки и др. По данным разных авторов, эффективность лечения этих заболеваний достигает 85– 95%.
Заключения Разработка новых лазерных технологий открыла возможности для хирургического лечения не только подслизистой миомы, но и аденомиоза и миомы матки иной локализации. Таким методом является лазерная интерстициальная термодеструкция, известная в Европе как ITT. Она достаточно хорошо зарекомендовала себя в урологии для лечения аденомы простаты, известны, кроме того, положительные результаты при лечении опухолей молочной железы, печени и мозга. С другой стороны, оказалось возможным применять гольмииевый лазер не только в урологии, но и в общей хирургии, ЛОР-болезнях, травматологии и, особенно, в гинекологии при эндоскопических операциях, используя тонкие волоконные инструменты диаметром 400– 600 мкм и направляя лазерное излучение через эндоскопы прямо на патологический очаг. В гинекологической практике в последние годы Гольмиевый лазер используется при лечении внутриматочных синехий, полипов и гиперпластических процессов эндометрия, а также наружного генитального эндометриоза, трубно-перитонеального бесплодия, синдрома поликистозных яичников и др.
Список литературы: • А. Н. Ремизов, А. Г. Максина, А. Я. Потапенко «Медицинская и биологическая физика» - 5 -е изд. , стереотип. – М. : Дрофа, 2004. – 560 с. : ил. • Н. М. Ливенцев «Курс физики» - 6 -е изд. , доп. -М. : 1978. - 336 с. , ил. • «Лазеры в клинической медицине» под ред. С. Д. Плетнева. М. , 1996 с. , ил. • А. М. Соловьев, К. Б. Ольховская «Применение лазера в дерматологии и косметологии» • Джибладзе Т. А. «Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии» , 2003, т. 2, № 2 www. medlaser. ru
Спасибо за внимание!!!
Скачать презентацию Карагандинский государственный медицинский университет Кафедра Информатики и биофизики
Презентация Каржаспаева 171 ОМ.pptx