Билет№67. Действие излучений оптического диапазона

Действие излучений оптического диапазона. Принцип устройства и действия лазеров. Особенности излучения лазеров. Применение лазеров в медицине.

Термин «лазер» представляет собой аббревиатуру начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения).

Вынужденное (или индуцированное) излучение возникает при взаимодействии фотона с возбужденным электроном, если энергия фотона равна разности энергетических уровней. В результате вынужденного квантового перехода от электрона в одном направлении будут распространяться два одинаковых фотона: первичный (вынуждающий) и вторичный (испущенный).

Число переходов, совершаемых в единицу времени, зависит от числа фотонов, попадающих в вещество за это же время (т.е. от интенсивности света) и от заселенности соответствующих возбужденных энергетических уровней. Для усиления электромагнитных уровней необходима активная среда (среда с так называемыми метастабильными энергетическими уровнями, спонтанный переход с которых на нижележащие заторможен). основные структурные элементы лазера – это активная среда (рабочее тело), система возбуждения (накачки) и оптический резонатор (система зеркал, обеспечивающая многократное прохождение фотонов через вещество).

По типу активного вещества лазеры делятся на: а) твердотельные (неодимовое стекло, гранат, рубин); б) газовые (гелий-неоновые, аргоновые, углекислотные), в) жидкостные (растворы органических и неорганических веществ).

По режиму работы лазеры делятся на импульсного типа (длительность импульса менее 0,15 с; режим модулированной добротности – длительность импульса – 1 мкс и меньше, режим свободной генерации 1-100 мс) и непрерывного излучения (более 0,15 с). Свойства лазерного излучения: а) монохроматичность (одна длина волны;  ~ 0,01 нм); б) когерентность (колебания строго согласованы по фазе); в) узкая направленность (расхождение пучка – несколько минут); 4) высокая мощность.

По длинам волн – видимый, инфракрасный, СВЧ-диапазон (МАЗЕР).

Биологические эффекты лазерного излучения:

1)Острые первичные эффекты:

а) термические (коагуляция белков, «испарение жидкости»);

б) нетермические (ударный эффект, световое давление, временное

ослепление);

2) Хронические эффекты (кумулятивное действие).

Термический эффект более характерен для лазеров, работающих в непрерывном режиме (при небольших мощностях – коагуляция белка, при больших – испарение воды). Для импульсных – нетепловые эффекты: при работе в режиме модулированной добротности – мгновенный нагрев до высоких температур, подобие взрыва облученных тканей = ударный эффект; разрыв и отслойка сетчатки, кровотечение; кусочки пигментов сетчатки разлетаются во все стороны и глубоко внедряются в стекловидное тело. Временное ослепление = зрительная дезадаптация (важна для наблюдателей, операторов, водителей машин, танков, летчиков) – от нескольких секунд до нескольких часов.

Использование лазеров в медицине:

А) Лазерная хирургия – разрушение биологических тканей совместно с коагуляцией белка = бескровные рассечения.

Офтальмокоагулятор = лечение отслойки сетчатки; лечение глаукомы = прокалывание отверстий размером 50-100 мкм для оттока внутриглазной жидкости; разрушение раковых опухолей; разрушение дентина при лечении зубов.

Лазерно-эндоскопическая техника обеспечивает непрерывное наблюдение за эффектом воздействия, возможность биопсии и т.п. лазерной реваскуляризации - перспективного метода эффективного лечения ишемической болезни сердца, суть которого заключается в создании с помощью лазерного излучения сквозных каналов в сердечной мышце левого желудочка, способствующих восстановлению ее кровоснабжения.

Профилактическое и лечебное действие

Лазерный свет обладает широким спектром профилактического и лечебного действия. Он вызывает выраженный противовоспалительный, противоотечный эффект, нормализует микроциркуляцию крови, понижает проницаемость сосудистых стенок, обладает фибрино- и тромболитическими свойствами, стимулирует обмен веществ, регенерацию тканей и повышает содержание кислорода в них, ускоряет заживление ран, предотвращает образование рубцов после операций и травм, оказывает нейротропное, анальгезирующее, миорелаксирующее, десенсибилизирующее, бактериостатическое и бактерицидное действия, стимулирует систему иммунной защиты, снижает патогенность микрофлоры, повышает ее чувствительность к антибиотикам.