1ЛАЗЕРЫ ТА ЇХНІПРИМЕНЕНИЕ У МЕДИЦИНІ
2 ОСНОВНІ НАПРЯМКУ ТА ЦІЛІМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО ВИКОРИСТАННЯЛАЗЕРОВ
3ФИЗИЧЕСКИЕОСНОВЫПРИМЕНЕНИЯЛАЗЕРОВ УМЕДИЦИНСКОЙПРАКТИКЕ
4 ЗАХОДИ ЗАХИСТУ ВІДЛАЗЕРНОГОИЗЛУЧЕНИЯ
5 ПРОНИКНЕННЯЛАЗЕРНОГОИЗЛУЧЕНИЯ УБИОЛОГИЧЕСКИЕТКАНИ
6ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНІЗМИВЗАИМОДЕЙСТВИЯЛАЗЕРНОГОИЗЛУЧЕНИЯ ЗБИОЛОГИЧЕСКИМИТКАНЯМИ
7 МЕХАНІЗМИЛАЗЕРНОЙБИОСТИМУЛЯЦИИ
>ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛІТЕРАТУРА
ЗАПРОВАДЖЕННЯ
Основними інструментами, які застосовує хірург длядиссекции тканин, є скальпель і ножиці, т. е. ріжучі інструменти. Проте рани й розрізи, вироблені скальпелем і ножицями, супроводжуються кровотечею, які вимагають застосування спеціальних заходів гемостазу. З іншого боку, за хорошого контакту з тканинами ріжучі інструменти можуть поширювати мікрофлору і клітини злоякісних пухлин вздовж лінії розтину. У зв’язку з цим із давніх-давен хірурги мріяли мати у розпорядженні такий інструмент, який робив б безкровний розріз, одночасно знищуючи патогенну мікрофлору і пухлинні клітини в операційній рани.Вмешательства на «сухому операційному полі» є ідеалом для хірургів будь-якого профілю.
Спроби створити «ідеальний» скальпель ставляться наприкінці минулого століття, коли було сконструйовано так званийелектронож, яка з використанням струмів високої частоти. Цей прилад на більш скоєних варіантах нині застосовують доволі хірурги різного фаху. Однак у міру накопичення досвіду виявлено негативні сторони «>електрохирургии», основне з яких є надто велика зона термічного опіку тканин у сфері проведення розтину. Відомо, що замість ширше зона опіку, гірше заживає хірургічна рана. З іншого боку, під час використанняелектроножа виникла потреба включення тіла хворого на електричну ланцюг.Электрохирургические апарати негативно впливають працювати електронних приладів та пристроїв спостереження життєдіяльністю організму під час операції.Криохирургические апарати також викликають значне пошкодження тканин, що погіршує процес загоєння. Швидкість розтину тканинкриоскальпелем дуже низька. Фактично у своїй відбувається розсічення, а деструкція тканин. Значну зону опіку спостерігають і за використанні плазмового скальпеля. Якщо прийняти це до уваги, що промінь лазера має вираженимигемостатическими властивостями, і навіть здатністю герметизувати бронхіоли,желчевиводящие протоки і протоки підшлункової залози, застосування лазерної техніки в хірургії стає виключно перспективним. Коротко перелічені деякі гідності застосування лазерів в хірургії ставляться насамперед долазерам на вуглекислому газі (>С0 2 ->лазерам).
Роль фінансових технологій та їх застосування в Україні
... для клієнтів банківської системи. За результатами SWOT-аналізу переважають можливості (4,35), тобто застосування ФінТех у банківській системі має чималі шанси для подальшого розвитку. Проте, через ... правила верифікації та ідентифікації. Доцільно розглянути переваги, недоліки, можливості та загрози застосування інновацій ФінТеху в банківській системі (рис. 1). Після проведення SWOT-аналізу ...
Крім лідерів, до медицини застосовують лазери, працівники інших засадах та інших робочих речовинах. Ці лазери мають принципово іншими якостями при вплив на біологічні тканини і які використовують по порівняно вузьким показанням, зокрема у серцево-судинної хірургії, в онкології, на лікування хірургічних захворювань шкіри видимих слизових оболонок та інших.
1ЛАЗЕРЫ ТА ЇХНІПРИМЕНЕНИЕ У МЕДИЦИНІ
Попри загальну природу світлових і радіохвиль, багато років оптика і радіоелектроніка розвивалися самостійно, незалежно друг від друга. Здавалося, що джерела світла — порушені частинки й генератори радіохвиль — мають мають. Лише з середини ХХ століття з’явилися робота зі створення молекулярних підсилювачів і генераторів радіохвиль, які стали початком нової самостійної галузі фізики — квантової електроніці.
Квантова електроніка вивчає методи посилення і генерації електромагнітних коливань з допомогою вимушеного випромінювання квантових систем. Досягнення у цій галузі знань знаходять дедалі більше використання у науці й техніці.Ознакомимся з декотрими явищами, лежать основу квантової електроніки й досвід роботи оптичних квантових генераторів — лазерів.
>Лазери є джерела світла, працівники базі процесу вимушеного (>стимулированного, індукованого) випущення фотонів збудженими атомами чи молекулами під впливом фотонів випромінювання, мають таку ж частоту. Суттєвою рисою цього процесу і те, що фотон, що виникає при вимушеному випущенні, ідентичний який викликав її появу зовнішньому фотонові за частотою, фазі, напрямку і поляризації. Це визначає унікальні властивості квантових генераторів: висока когерентність випромінювання у просторі та у часі, високамонохроматичность, вузька спрямованість пучка випромінювання, величезна концентрація потоку потужності і можливість фокусуватися на вельми малі обсяги.Лазери створюються з урахуванням різних активних середовищ: газоподібної, рідкої чи твердої. Вони можуть надавати випромінювання на досить широкому діапазоні довжин хвиль — від 100 нм (ультрафіолетовий світло) до 1.2мкм (інфрачервоне випромінювання) — і може працюватиме, як у безперервному, і у імпульсному режимах.
Лазер складається з трьох принципово важливих вузлів: випромінювача, системи накачування і джерела харчування, робота яких забезпечується за допомогою спеціальних допоміжних пристроїв.
>Излучатель призначений для перетворення накачування (перекладугелий-неоновой суміші 3 в активний стан) в лазерне випромінювання і має оптичний резонатор, являє собою у випадку систему старанно виготовлених що відбивають, заломлюючих іфокусирующих елементів, у внутрішньому просторі якої порушується і підтримується певний тип електромагнітних коливань оптичного діапазону.Оптический резонатор повинен мати мінімальні втрати у робочої частини спектра, високу точність виготовлення вузлів та його взаємної установки.
Створення лазерів стало можливим у результаті трьох фундаментальних фізичних ідей: вимушеного випромінювання, створення термодинамічно нерівноваговоїинверсной населеності енергетичних рівнів атомів та ефективного використання позитивним зворотним зв’язку .
>Возбужденние молекули (атоми) здатні випромінювати фотони люмінесценції. Таке випромінювання є спонтанним процесом . Воно випадково і хаотично за часом, частоті (може бути переходи між різними рівнями), в напрямі поширення і поляризації. Інше випромінювання — вимушене, чи індуковане — виникає при взаємодії фотона з збудженої молекулою, якщо енергія фотона дорівнює різниці відповідних рівнів енергії. При вимушеному (>индуцированном) випромінюванні число переходів, скоєних в секунду, залежить від кількості фотонів, які у речовина у цей час, т. е. від інтенсивності світла, і навіть від кількості порушених молекул. Інакше кажучи, число змушених переходів тим більше, що стоїть населеність відповідних порушених енергетичних станів.
Шкала електромагнітних випромінювань. Інфрачервоне і ультрафіолетове ...
... речовиною. Короткохвильові випромінювання (рентгенівське і особливо g-промені) поглинаються слабко. Непрозорі для хвиль оптичного діапазону речовини прозорі для цих випромінювань. Коефіцієнт відображення електромагнітних хвиль також ... | Частина 2. Виконайте практичне завдання | Принцип радіозв'язку. | Ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу. | Закони відбивання і заломлення світла. |
>Индуцированное випромінювання тотожний падаючому як не глянь, зокрема і з фазі, можна говорити прокогерентном посиленні електромагнітної хвилі, що використовують у ролі першої основної ідеї на принципах лазерного генератора.
Друга ідея, реалізована під час створення лазерів, полягає у створенні термодинамічно нерівноважних систем, у яких всупереч законуБольцмана, більш рівні перебуває більше частинок, ніж на низькому. Стан середовища, у якому хоча для двох енергетичних рівнів виявляється, що кількість часток отримують за більшої енергією перевершує число часток отримують за менше енергією, називається становищем ізинверснойнаселенностью рівнів, а середовище — активної. Саме активна середовище, у якій фотони взаємодіють із збудженими атомами, викликаючи їх змушені переходи більш низький з випущення квантів індукованого (вимушеного) випромінювання, є робочою речовиною лазера. Стан зинверснойнаселенностью, рівнів формально виходить з розподілуБольцмана для Т < Про До, тому іноді називається становищем із «негативною» температурою. З поширенням світла активної середовищ інтенсивність його зростає, має місце явище, зворотне поглинання, т. е. посилення світла. Це означає, що у законіБугераkX < 0, томуинверсная населеність відповідає середовищі з негативним показником поглинання.
Стан зинверснойнаселенностью можна створити, відбираючи частки з не меншою енергією або спеціально порушуючи частки, наприклад, світлом чи електричним розрядом. Саме собою стан із негативною температурою так важко існує.
Третя ідея, яка у принципах лазерного генератора, виникла радіофізиці й у використанні позитивним зворотним зв’язку. За її здійсненні частина генерованого вимушеного випромінювання залишається всередині робочого речовини і вимушене випромінювання новими й новими збудженими атомами. Задля реалізації такого процесу активну середу вміщують у оптичний резонатор, який складається зазвичай з цих двох дзеркал, підібраних те щоб що у ньому випромінювання багаторазово проходило через активну середу, перетворюючи їх у генератор когерентного вимушеного випромінювання.
Першу таку генератор буде в діапазоні НВЧ (мазер) був сконструйовано в 1955 р. незалежно радянськими вченими М. Р.Басоиим й О. М.Прохоровим і з американськими — Ч.Таунсом та інших.. Оскільки робота цього приладу грунтувалася на вимушеному випромінюванні молекул аміаку, то генератор було названомолекулярним.
У 1960 р. створили перший квантовий генератор видимого діапазону випромінювання — лазер з кристалом рубіна за робочу речовини (активної середовища).
У тому ж року створили газовийгелий-неоновий лазер. Усі величезне різноманіття створених у час лазерів можна класифікувати за видами робочого речовини: розрізняють газові, рідинні, напівпровідникові і твердотільні лазери. Залежно від типу лазера енергія до створенняинверсной населеності повідомляється у різний спосіб: порушення дуже інтенсивним світлом — «оптична накачування», електричним газовим розрядом, в напівпровідниковихлазерах — електричним струмом. За характером світіння лазери поділяють на імпульсні і безперервні.
История возникновения прокатного стана
... сплавов и заготовок из стали. 2. Классификация и устройство Классификация прокатных станов. Главный признак, определяющий прокатного стана, - его назначение в зависимости от сортамента продукции или выполняемого ... в каждой из которых располагается 3 вида устройств (рис.2): рабочие клети (одна или несколько) - к ним относятся прокатные валки с подшипниками, станины, установочные механизмы, ...
Розглянемо принцип роботитвердотельного рубінового лазера. Рубін — це кристал окису алюмініюАl 2 03 , яке у вигляді домішки приблизно 0,05% іонів хромуСг3+ . Порушення іонів хрому здійснюють методом оптичної накачування з допомогою імпульсних джерел кольору великої потужності. У одній з конструкцій застосовують трубчастий відбивач, що усечении форму еліпса. Усередині відбивача можна побачити прямаксеноновая імпульсна лампа і рубіновий стрижень, розташовані вздовж ліній, що пропливали фокуси еліпса (рис. 1).
Внутрішня поверхню алюмінієвого відбивача добре відполірована чипосеребрена. Основне властивість еліптичного відбивача у тому, що світло, який із лише його фокусу (>ксеноновой лампи) і відбитий стінок, потрапляє у інший фокус відбивача (рубіновий стрижень).
>Рубиновий лазер працює за трирівневої схемою (рис. 2 а).
Через війну оптичної накачування іони хрому переходять із основного рівня 1 вкороткоживущее порушена стан З. Потім відбуваєтьсябезизлучательний перехід удолгоживущее (>метастабильное) стан 2, від якого ймовірність спонтанногоизлучательного переходу щодо мала. Тому відбувається накопичення порушених іонів може 2 і складаєтьсяинверсная населеність між рівнем 1 і 2. У умовах перехід з 2 на 1-ї рівень відбувається спонтанно і супроводжується люмінесценцією із довжиною хвилі 694,3 нм. Урезонаторе лазера є дві дзеркала (див. рис. 1), одна з яких має коефіцієнт відображення R інтенсивності відображеного і падаючого на дзеркало світла), інше дзеркало напівпрозоре і пропускає частина падаючого нею випромінювання {R < 100%).Кванти люмінесценції залежно від напрямку їх руху або вилітають з бічний поверхні рубінового стрижня і губляться, або, багаторазово позначаючись від дзеркал, самі викликають змушені переходи. Отже, пучок, перпендикулярний дзеркал, матиме найбільше розвиток виробництва і виходить назовні через напівпрозоре дзеркало. Такий лазер працює у імпульсному режимі.
Поруч із рубіновим лазером, які працюють за трирівневої схемою, широкого розповсюдження набуличетирехуровневие схеми лазерів на іонах рідкісноземельних елементів (>неодим, самарій та інших.), впроваджених в кристалічну чи скляну матриці (рис. 24, б).
У разіинверсная населеність створюється між двома збудженими рівнями:долгоживущий рівнем 2 ікороткоживущим рівнем 2′.
Дуже поширеним газовим лазером єгелий-неоновий, порушення у якому виникають при електричному розряді.Активной середовищем у ньому служить суміш гелію і неону у відсотковому співвідношенні 10:1 і тиску близько 150Па.Излучающими є атоми неону, атоми гелію грають допоміжну роль. На рис. 24, в показані енергетичні рівні атомів гелію і неону. Генерація відбувається за переході між 3 і 2 рівнями неону. Щоб створити з-поміж нихинверсную населеність, необхідно заселити рівень 3 і спустошити рівень 2. Заселення рівня 3 твориться з допомогою атомів гелію. При електричному розряді електронним ударом відбувається порушення атомів гелію вдолгоживущее стан (згодом життя близько 20 3 з).
Химические лазеры
... має дуже вузьку спрямованість. Саме такий принцип одержання стимульованого випромінювання лежить в основі дії лазерів (саме слово лазер складене з перших букв англійського визначення що означає: посилення ... з верхніх рівнів на нижні, і при кожному з них відбувається випромінювання зі своєю частотою. Тому випромінювання йде відразу в декількох спектрах й у різних напрямках, причому ...
Енергія цього стану дуже близька до енергійності рівня 3 неону, тому при зіткненні порушеної атома гелію зневозбужденним атомом неону відбувається передача енергії, у результаті заселяється рівень 3 неону. Для чистого неону тривалість життя в таких межах замало, й атоми переходять на рівні 1 чи 2, реалізуєтьсябольцмановское розподіл.Опустошение рівня 2 неону точиться переважно з допомогою спонтанного переходу його атомів в основне стан присоударениях зі стінками розрядної трубки. Так забезпечується стаціонарнаинверсная населеність рівнів 2 і трьох неону.
Основним конструктивним елементомгелий-неонового лазер — (рис. 3) єгазоразрядная трубка діаметром близько сьомої години мм. У трубку вмонтовані електроди до створення газового розряду й пробудження гелію. На кінцях трубки з точкиБрюстера розташовані вікна, внаслідок чого випромінювання виявляєтьсяплоскополяризованним.Плоскопараллельние дзеркала резонатора монтуються поза трубки, одне з яких напівпрозоре (коефіцієнт відображення R < 100%).
Отже, пучок вимушеного випромінювання виходить назовні через напівпрозоре дзеркало. Це лазер безперервного дії.
Дзеркала резонатора роблять з багатошаровими покриттями, і внаслідок інтерференції створюється необхідний коефіцієнт відображення для заданої довжини хвилі. Найчастіше використовуютьсягелий-неоновие лазери, випромінюючі червоне світло із довжиною хвилі 632,8 нм. Потужність таких лазерів невеличка, вона перевищує ста мВт.
Застосування лазерів грунтується на властивості їх випромінювання: високамонохроматичность ( ~ 0,01 нм), досить велика потужність, вузькість пучка і когерентність.
Вузькість світлового пучка і мала йогорасходимость дозволили використовувати лазери для виміру відстані між Землею і Місяцем (отримувана точність — близько десятків сантиметрів), швидкості обертання Венери й Меркурія та інших.
На когерентності лазерного випромінювання грунтується їх використання у голографії. .За підсумкамигелий-неонового лазера з допомогою волоконної оптики розробленогастроскопи, що дозволяютьголографически формувати об’ємне зображення внутрішньої порожнини шлунка.
>Монохроматичность лазерного випромінювання вельми зручне при порушенні спектрівкомбинационного розсіювання світла атомами і молекулами .
Широке застосування лазери знайшли у хірургії, стоматології, офтальмології, дерматології, онкології. Біологічні ефекти лазерного випромінювання залежать як від властивостей біологічного матеріалу, і від властивостей лазерного випромінювання.
Усі лазери, використовувані до медицини, умовно поділяються на 2 виду:низкоинтенсивние (інтенсивність вбирається у 10Вт/см 2 , найчастіше становить близько 0,1Вт/см2 ) — терапевтичні і високоінтенсивні — хірургічні. Інтенсивність найпотужніших лазерів може становити 1014 Вт/см2 , до медицини зазвичай використовуються лазери з інтенсивністю 102 — 106 >Вт/см2 .
Лазерные граверы: от теории к практике
... (табл. 5 на с. 20). Стеклянные лазерные трубки не имеют ВЧ накачки и поэтому они не могут дать высокого качества гравировки, к тому же их срок жизни ... резки при некоторых режимах работы. Гравировка материалов цилиндрической формы (кружки, бутылки) подразумевает использование приспособления для их вращения. Система автофокусировки самостоятельно устанавливает лазерную голову в положение, при ...
>Низкоинтенсивние лазери — це такі, які викликають помітного деструктивного дії на тканини безпосередньо під час опромінення. У видимої і ультрафіолетової областях спектра їх ефекти обумовленіфотохимическими реакціями і від ефектів, що викликаютьсямонохроматическим світлом, отриманих від звичайних, некогерентних джерел. У таких випадках лазери є просто зручнимимонохроматическими джерелами світла, забезпечують точну локалізацію і дозованість впливу. Прикладами може бути використання світлагелий-неонових лазерів на лікування трофічних виразок, ішемічну хворобу серця й ін., і навіть криптонових та інших. лазерів для фотохімічного ушкодження пухлин в фотодина-мічної терапії.
Якісно нові явища спостерігаються
