Le proprietà uniche della radiazione laser hanno reso i laser indispensabili in vari campi della scienza, inclusa la medicina. I laser in medicina hanno aperto nuove possibilità nel trattamento di molte malattie. La lasermedicina può essere suddivisa in sezioni principali: laserdiagnostica, laserterapia e laserchirurgia.

La storia dell'avvento dei laser in medicina: quali proprietà del laser hanno causato lo sviluppo della chirurgia laser

La ricerca sull’uso del laser in medicina è iniziata negli anni ’60. Allo stesso tempo apparvero i primi dispositivi medici laser: dispositivi per l'irradiazione del sangue. Il primo lavoro sull'uso del laser in chirurgia nell'URSS fu condotto nel 1965 presso il MNIOI. Herzen insieme alla centrale nucleare "Istok".

Nella chirurgia laser vengono utilizzati laser sufficientemente potenti da poter riscaldare fortemente il tessuto biologico, provocandone l'evaporazione o il taglio. L’utilizzo del laser in medicina ha reso possibile eseguire operazioni precedentemente complesse o del tutto impossibili in modo efficiente e con la minima invasività.

Caratteristiche dell'interazione di un bisturi laser con i tessuti biologici:

1. Nessun contatto diretto dello strumento con il tessuto, rischio minimo di infezione.
2. L'effetto coagulante delle radiazioni consente di ottenere incisioni praticamente senza sangue e di arrestare il sanguinamento dalle ferite sanguinanti.
3. L'effetto sterilizzante delle radiazioni è un agente profilattico per l'infezione del campo chirurgico e lo sviluppo di complicanze postoperatorie.
4. La capacità di controllare i parametri della radiazione laser consente di ottenere gli effetti necessari nell'interazione della radiazione con i tessuti biologici.
5. Impatto minimo sui tessuti vicini.

L'uso del laser in chirurgia consente di eseguire efficacemente un'ampia varietà di interventi chirurgici in odontoiatria, urologia, otorinolaringoiatria, ginecologia, neurochirurgia, ecc.

Pro e contro dell'utilizzo del laser nella chirurgia moderna

I principali vantaggi della chirurgia laser:

• Riduzione significativa dei tempi dell'intervento.
• Mancanza di contatto diretto tra lo strumento e i tessuti e, di conseguenza, danni minimi ai tessuti nell'area dell'intervento.
• Riduzione del periodo postoperatorio.
• Nessun sanguinamento o sanguinamento minimo durante l'intervento chirurgico.
• Ridurre il rischio di cicatrici e cicatrici postoperatorie.
• L'effetto sterilizzante della radiazione laser consente di seguire le regole dell'asepsi.
• Rischio minimo di complicanze durante l'intervento e nel periodo postoperatorio.

Svantaggi delle tecnologie laser in chirurgia:

• Un piccolo numero di professionisti medici ha ricevuto una formazione specifica sull'uso dei laser.
• L'acquisizione di apparecchiature laser richiede costi materiali significativi e aumenta il costo del trattamento.
• L'uso dei laser rappresenta un certo pericolo per gli operatori sanitari, pertanto devono seguire rigorosamente tutte le precauzioni quando lavorano con apparecchiature laser.
• L'effetto dell'uso del laser in alcuni casi clinici può essere temporaneo e in futuro potrebbe essere necessaria una seconda operazione.

Cosa può fare oggi la chirurgia laser: tutti gli aspetti dell'uso del laser in chirurgia

Attualmente il trattamento laser è utilizzato in tutti i rami della medicina. Le tecnologie laser hanno trovato la più ampia applicazione in oftalmologia, odontoiatria, chirurgia generale, vascolare e plastica, urologia e ginecologia.

I laser in chirurgia dentale vengono utilizzati durante le seguenti operazioni: frenectomia, gengivectomia, rimozione dei cappucci in caso di pericoronite, incisioni durante l'installazione di impianti e altri. L'uso delle tecnologie laser in odontoiatria consente di ridurre la quantità di anestetici utilizzati, evitare edemi e complicanze postoperatorie e accelerare i tempi di guarigione delle ferite postoperatorie.

L'avvento del laser ha cambiato radicalmente lo sviluppo dell'oftalmologia. Con l'aiuto del laser è possibile eseguire tagli ultra precisi fino al micron, cosa che anche la mano di un chirurgo molto esperto non può fare. Attualmente, con l'aiuto del laser, è possibile eseguire il glaucoma, le malattie della retina, la cheratoplastica e molti altri.

Le tecnologie laser consentono di eliminare con successo varie patologie vascolari: displasia venosa e artero-venosa, linfangiomi, emangiomi cavernosi e altre. Grazie ai laser, il trattamento delle malattie vascolari è diventato quasi indolore con un rischio minimo di complicanze e un buon effetto cosmetico.

Il bisturi laser viene utilizzato in un gran numero di operazioni.:

• Nella cavità addominale (appendicectomia, colecistectomia, escissione di aderenze, riparazione di ernie, resezione di organi parenchimali, ecc.).
• Sull'albero tracheobronchiale (asportazione di fistole tracheali e bronchiali, ricanalizzazione di tumori ostruttivi dei bronchi e della trachea).
• In otorinolaringoiatria (correzione del setto nasale, adenectomia, asportazione di stenosi cicatriziali del canale uditivo esterno, timpanotomia, asportazione di polipi, ecc.).
• In urologia (asportazione di carcinomi, polipi, ateroma della pelle dello scroto).
• In ginecologia (rimozione di cisti, polipi, tumori).

Vengono utilizzati anche i laser. Quasi tutte le cliniche coinvolte in tali operazioni dispongono di apparecchiature laser nel loro arsenale. Effettuare incisioni con un bisturi laser evita gonfiore, lividi e riduce il rischio di infezioni e complicanze.

È difficile nominare un'area della medicina in cui le proprietà della radiazione laser non hanno trovato un'applicazione efficace. Il continuo miglioramento della tecnologia laser e la formazione di un numero crescente di operatori sanitari per lavorare con i laser potrebbero portare nel prossimo futuro alla predominanza della chirurgia laser rispetto ai metodi tradizionali di intervento chirurgico.

La luce è stata utilizzata per trattare una varietà di disturbi da tempo immemorabile. Gli antichi greci e romani spesso "prendevano il sole" come medicina. E l’elenco delle malattie che venivano attribuite al trattamento con la luce era piuttosto ampio.

La vera alba della fototerapia arrivò nel 19° secolo: con l'invenzione delle lampade elettriche apparvero nuove opportunità. Alla fine del XIX secolo si tentò di curare il vaiolo e il morbillo con la luce rossa, ponendo il paziente in una camera speciale con emettitori rossi. Inoltre, vari "bagni di colore" (cioè luce di vari colori) sono stati utilizzati con successo per curare le malattie mentali. Inoltre, all'inizio del XX secolo, la posizione di leader nel campo della fototerapia era occupata dall'Impero russo.

All'inizio degli anni sessanta apparvero i primi dispositivi medici laser. Oggi, le tecnologie laser sono utilizzate in quasi tutte le malattie.

1. Basi fisiche per l'uso della tecnologia laser in medicina

1.1 Come funziona il laser

I laser si basano sul fenomeno dell'emissione stimolata, la cui esistenza fu postulata da A. Einstein nel 1916. Nei sistemi quantistici con livelli energetici discreti, esistono tre tipi di transizioni tra stati energetici: transizioni indotte, transizioni spontanee e rilassamento non radiativo. transizioni. Le proprietà dell'emissione stimolata determinano la coerenza dell'emissione e dell'amplificazione nell'elettronica quantistica. L'emissione spontanea provoca la presenza di rumore, funge da impulso seme nel processo di amplificazione ed eccitazione delle oscillazioni e, insieme alle transizioni di rilassamento non radiativo, svolge un ruolo importante nell'ottenimento e nel mantenimento di uno stato radiante termodinamicamente non-equilibrio.

Con le transizioni indotte, un sistema quantistico può trasferirsi da uno stato energetico ad un altro sia con l'assorbimento di energia del campo elettromagnetico (transizione da un livello energetico inferiore a uno superiore) sia con l'emissione di energia elettromagnetica (transizione da un livello energetico superiore a uno superiore). uno inferiore).

La luce si propaga sotto forma di onda elettromagnetica, mentre l'energia durante l'emissione della radiazione e l'assorbimento è concentrata in quanti di luce, mentre l'interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, come dimostrò Einstein nel 1917, insieme all'assorbimento e all'emissione spontanea, radiazione stimolata (indotta), che costituisce la base per lo sviluppo dei laser.

Amplificazione delle onde elettromagnetiche dovuta all'emissione stimolata o all'avvio di oscillazioni autoeccitate di radiazione elettromagnetica nella gamma delle onde centimetriche e quindi la creazione di un dispositivo chiamato maser(amplificazione delle microonde mediante emissione stimolata di radiazioni), fu implementato nel 1954. A seguito di una proposta (1958) di estendere questo principio di amplificazione a onde luminose molto più corte, nel 1960 il primo laser(Amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione).

Il laser è una sorgente luminosa con la quale è possibile ottenere radiazioni elettromagnetiche coerenti, a noi note dalla radioingegneria e dalla tecnologia delle microonde, nonché nelle regioni spettrali delle onde corte, in particolare dell'infrarosso e del visibile.

1.2 Tipi di laser

I tipi esistenti di laser possono essere classificati in base a diversi criteri. Innanzitutto secondo lo stato di aggregazione del mezzo attivo: gas, liquido, solido. Ognuna di queste grandi classi è divisa in più piccole: in base alle caratteristiche del mezzo attivo, al tipo di pompaggio, al metodo per creare l'inversione e così via. Ad esempio, tra i laser a stato solido, spicca abbastanza chiaramente un'ampia classe di laser a semiconduttore, in cui il pompaggio ad iniezione è più ampiamente utilizzato. Tra i laser a gas si distinguono i laser atomici, ionici e molecolari. Un posto speciale tra tutti gli altri laser è occupato dal laser a elettroni liberi, che si basa sul classico effetto della generazione di luce da parte di particelle cariche relativistiche nel vuoto.

1.3 Caratteristiche della radiazione laser

La radiazione laser differisce dalle sorgenti luminose convenzionali nelle seguenti caratteristiche:

Elevata densità di energia spettrale;

Monocromatico;

Elevata coerenza temporale e spaziale;

Elevata stabilità dell'intensità della radiazione laser in modalità stazionaria;

La capacità di generare impulsi luminosi molto brevi.

Queste proprietà speciali della radiazione laser gli forniscono una varietà di applicazioni. Sono determinati principalmente dal processo di generazione della radiazione per emissione stimolata, che è fondamentalmente diverso dalle sorgenti luminose convenzionali.

Le caratteristiche principali del laser sono: lunghezza d'onda, potenza e modalità di funzionamento, che può essere continua o pulsata.

I laser sono ampiamente utilizzati nella pratica medica, principalmente in chirurgia, oncologia, oftalmologia, dermatologia, odontoiatria e altri settori. Il meccanismo di interazione della radiazione laser con un oggetto biologico non è ancora completamente compreso, ma si può notare che si verificano effetti termici o interazioni risonanti con le cellule dei tessuti.

Il trattamento laser è sicuro, è molto importante per le persone con allergie ai farmaci.

2. Meccanismo di interazione della radiazione laser con i tessuti biologici

2.1 Tipi di interazione

Una proprietà importante della radiazione laser per la chirurgia è la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue (vascolarizzato).

Soprattutto, coagulazione si verifica a causa dell'assorbimento della radiazione laser da parte del sangue, del suo forte riscaldamento fino all'ebollizione e della formazione di coaguli di sangue. Pertanto, l'obiettivo assorbente durante la coagulazione può essere l'emoglobina o la componente acqua del sangue. Ciò significa che la radiazione laser nello spettro arancione-verde (laser KTP, vapore di rame) e i laser infrarossi (neodimio, olmio, erbio nel vetro, laser CO2) coagulano bene il tessuto biologico.

Tuttavia, in caso di assorbimento molto elevato nel tessuto biologico, come ad esempio con un laser a granato di erbio con una lunghezza d'onda di 2,94 μm, la radiazione laser viene assorbita a una profondità di 5–10 μm e potrebbe non raggiungere affatto il bersaglio: il capillare .

I laser chirurgici si dividono in due grandi gruppi: ablativo(dal latino ablatio - "togliere"; in medicina - rimozione chirurgica, amputazione) e non ablativo laser. I laser ablativi sono più vicini al bisturi. I laser non ablativi funzionano secondo un principio diverso: dopo aver trattato un oggetto, ad esempio una verruca, un papilloma o un emangioma, con un tale laser, questo oggetto rimane al suo posto, ma dopo un po 'in esso passano una serie di effetti biologici e muore. In pratica appare così: la neoplasia mummifica, secca e scompare.

In chirurgia vengono utilizzati laser a CO2 continui. Il principio si basa sull'azione termica. I vantaggi della chirurgia laser sono che è senza contatto, praticamente senza sangue, sterile, locale, garantisce una guarigione graduale del tessuto inciso e quindi buoni risultati estetici.

In oncologia, è stato notato che il raggio laser ha un effetto distruttivo sulle cellule tumorali. Il meccanismo di distruzione si basa sull'effetto termico, che provoca una differenza di temperatura tra la superficie e le parti interne dell'oggetto, portando a forti effetti dinamici e alla distruzione delle cellule tumorali.

Oggi anche una direzione come la terapia fotodinamica è molto promettente. Esistono molti articoli sull'applicazione clinica di questo metodo. La sua essenza sta nel fatto che una sostanza speciale viene introdotta nel corpo del paziente - fotosensibilizzatore. Questa sostanza viene accumulata selettivamente dal tumore canceroso. Dopo aver irradiato il tumore con uno speciale laser, si verificano una serie di reazioni fotochimiche con il rilascio di ossigeno, che uccide le cellule tumorali.

Uno dei metodi di esposizione alla radiazione laser sul corpo è irradiazione del sangue con laser per via endovenosa(ILBI), che è attualmente utilizzato con successo in cardiologia, pneumologia, endocrinologia, gastroenterologia, ginecologia, urologia, anestesiologia, dermatologia e altre aree della medicina. Lo studio scientifico approfondito del problema e la prevedibilità dei risultati contribuiscono all'uso dell'ILBI sia indipendentemente che in combinazione con altri metodi di trattamento.

Per ILBI, la radiazione laser viene solitamente utilizzata nella regione rossa dello spettro.
(0,63 micron) con una potenza di 1,5-2 mW. Il trattamento viene effettuato ogni giorno o a giorni alterni; per corso da 3 a 10 sessioni. Il tempo di esposizione per la maggior parte delle malattie è di 15-20 minuti per sessione per gli adulti e di 5-7 minuti per i bambini. La terapia laser endovenosa può essere eseguita in quasi tutti gli ospedali o cliniche. Il vantaggio della terapia laser ambulatoriale è quello di ridurre la possibilità di sviluppare un'infezione nosocomiale, viene creato un buon background psico-emotivo che consente al paziente di mantenere la capacità lavorativa per lungo tempo, conducendo procedure e ricevendo un trattamento completo.

In oftalmologia, i laser vengono utilizzati sia per il trattamento che per la diagnosi. Con l'aiuto di un laser, la retina viene saldata, i vasi della coroide oculare vengono saldati. Nella microchirurgia per il trattamento del glaucoma vengono utilizzati laser ad argon che emettono nella regione blu-verde dello spettro. I laser ad eccimeri vengono utilizzati con successo da molto tempo per la correzione della vista.

In dermatologia, la radiazione laser viene utilizzata per trattare molte malattie cutanee gravi e croniche, nonché per rimuovere i tatuaggi. Quando irradiato con un laser, viene attivato il processo rigenerativo, viene attivato lo scambio di elementi cellulari.

Il principio di base dell'uso dei laser in cosmetologia è che la luce colpisce solo l'oggetto o la sostanza che la assorbe. Nella pelle, la luce viene assorbita da sostanze speciali: i cromofori. Ogni cromoforo assorbe in un certo intervallo di lunghezze d'onda, ad esempio, per lo spettro arancione e verde è l'emoglobina del sangue, per lo spettro rosso è la melanina dei capelli e per lo spettro infrarosso è l'acqua cellulare.

Quando la radiazione viene assorbita, l'energia del raggio laser viene convertita in calore nell'area della pelle che contiene il cromoforo. Con una potenza sufficiente del raggio laser, ciò porta alla distruzione termica del bersaglio. Pertanto, con l'aiuto di un laser, è possibile influenzare selettivamente, ad esempio, le radici dei capelli, le macchie dell'età e altri difetti della pelle.

Tuttavia, a causa della trasmissione del calore, anche le regioni vicine vengono riscaldate, anche se contengono pochi cromofori che assorbono la luce. I processi di assorbimento e trasferimento del calore dipendono dalle proprietà fisiche del bersaglio, dalla sua profondità e dimensione. Pertanto, nella cosmetologia laser, è importante selezionare attentamente non solo la lunghezza d'onda, ma anche l'energia e la durata degli impulsi laser.

In odontoiatria la radiazione laser rappresenta il trattamento fisioterapico più efficace per la malattia parodontale e le patologie della mucosa orale.

Al posto dell’agopuntura viene utilizzato un raggio laser. Il vantaggio dell'utilizzo del raggio laser è che non vi è alcun contatto con un oggetto biologico e, di conseguenza, il processo è sterile, indolore e ad alta efficienza.

Gli strumenti a guida luminosa e i cateteri per la chirurgia laser sono progettati per fornire radiazioni laser ad alta potenza al sito dell'intervento chirurgico durante interventi a cielo aperto, endoscopici e laparoscopici in urologia, ginecologia, gastroenterologia, chirurgia generale, artroscopia, dermatologia. Consentono il taglio, l'escissione, l'ablazione, la vaporizzazione e la coagulazione dei tessuti durante operazioni chirurgiche a contatto con il tessuto biologico o in modalità di applicazione senza contatto (quando l'estremità della fibra viene rimossa dal tessuto biologico). L'uscita della radiazione può essere effettuata sia dall'estremità della fibra che attraverso una finestra sulla superficie laterale della fibra. Possono essere utilizzati sia in ambienti con aria (gas) che acqua (liquidi). Con ordine separato, per facilità d'uso, i cateteri sono dotati di una maniglia facilmente rimovibile: il supporto della guida luminosa.

Nella diagnostica, i laser vengono utilizzati per rilevare varie disomogeneità (tumori, ematomi) e misurare i parametri di un organismo vivente. Le basi delle operazioni diagnostiche si riducono al passaggio di un raggio laser attraverso il corpo del paziente (o uno dei suoi organi) e la diagnosi viene effettuata in base allo spettro o all'ampiezza della radiazione trasmessa o riflessa. Sono noti metodi per rilevare tumori cancerosi in oncologia, ematomi in traumatologia, nonché per misurare i parametri del sangue (quasi tutti, dalla pressione sanguigna allo zucchero e all'ossigeno).

2.2 Peculiarità dell'interazione laser per vari parametri di radiazione

Ai fini dell'intervento chirurgico, il raggio laser deve essere sufficientemente potente da riscaldare il tessuto biologico a una temperatura superiore a 50 - 70 °C, provocandone la coagulazione, il taglio o l'evaporazione. Pertanto, nella chirurgia laser, quando si parla della potenza della radiazione laser di un particolare dispositivo, si utilizzano numeri che denotano unità, decine e centinaia di watt.

I laser chirurgici sono sia continui che pulsati, a seconda del tipo di mezzo attivo. Convenzionalmente possono essere divisi in tre gruppi a seconda del livello di potenza.

1. Coagulazione: 1 - 5 W.

2. Vaporizzazione e taglio superficiale: 5 - 20 watt.

3. Taglio profondo: 20 - 100 W.

Ogni tipo di laser è caratterizzato principalmente dalla sua lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda determina il grado di assorbimento della radiazione laser da parte del biotessuto e, quindi, la profondità di penetrazione e il grado di riscaldamento sia dell'area di intervento chirurgico che del tessuto circostante.

Dato che l'acqua è contenuta in quasi tutti i tipi di tessuto biologico, si può dire che per la chirurgia è preferibile utilizzare un tipo di laser la cui radiazione abbia un coefficiente di assorbimento nell'acqua superiore a 10 cm-1 oppure, qual è lo stesso, la cui profondità di penetrazione non supera 1 mm.

Altre caratteristiche importanti dei laser chirurgici,
determinare il loro uso in medicina:

potenza della radiazione;

funzionamento continuo o pulsato;

la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue;

la possibilità di trasmettere radiazioni attraverso una fibra ottica.

Quando la radiazione laser viene applicata a un tessuto biologico, prima si riscalda e poi evapora. Un taglio efficace del tessuto biologico richiede da un lato una rapida evaporazione nel punto del taglio e, dall'altro, un riscaldamento concomitante minimo dei tessuti circostanti.

Con la stessa potenza di radiazione media, un breve impulso riscalda il tessuto più velocemente della radiazione continua e, allo stesso tempo, la distribuzione del calore ai tessuti circostanti è minima. Ma se gli impulsi hanno una bassa frequenza di ripetizione (meno di 5 Hz), allora è difficile eseguire un'incisione continua, è più simile a una perforazione. Pertanto, il laser dovrebbe preferibilmente essere pulsato con una frequenza di ripetizione dell'impulso maggiore di 10 Hz e la durata dell'impulso più breve possibile per ottenere una potenza di picco elevata.

In pratica, la potenza di uscita ottimale per la chirurgia è compresa tra 15 e 60 W, a seconda della lunghezza d'onda del laser e dell'applicazione.

3. Metodi laser promettenti in medicina e biologia

Lo sviluppo della medicina laser si sviluppa lungo tre rami principali: chirurgia laser, terapia laser e diagnostica laser. Le proprietà uniche del raggio laser rendono possibile eseguire operazioni precedentemente impossibili con nuovi metodi efficaci e minimamente invasivi.

Vi è un crescente interesse per le terapie non farmacologiche, compresa la terapia fisica. Spesso ci sono situazioni in cui è necessario effettuare non una fisioterapia, ma diverse, e quindi il paziente deve spostarsi da una cabina all'altra, vestirsi e svestirsi più volte, il che crea ulteriori problemi e perdite di tempo.

La varietà di metodi di azione terapeutica richiede l'uso di laser con diversi parametri di radiazione. A questo scopo vengono utilizzate diverse teste di emissione, che contengono uno o più laser e un'interfaccia elettronica per i segnali di controllo dall'unità base con il laser.

Le teste emittenti si dividono in universali, consentendone l'utilizzo sia esterno (utilizzando ugelli a specchio e magnetici) che intracavitario mediante appositi ugelli ottici; matrice, avente un'ampia area di radiazione e applicata superficialmente, oltre che specializzata. Vari ugelli ottici consentono di fornire radiazioni all'area di influenza desiderata.

Il principio del blocco consente l'utilizzo di un'ampia gamma di testine laser e LED con diverse caratteristiche spettrali, spazio-temporali ed energetiche, il che, a sua volta, aumenta l'efficacia del trattamento a un livello qualitativamente nuovo grazie all'implementazione combinata di varie terapie laser tecniche. L'efficacia del trattamento è determinata principalmente da metodi e attrezzature efficaci che ne garantiscono l'attuazione. Le tecniche moderne richiedono la capacità di selezionare vari parametri di esposizione (modalità di radiazione, lunghezza d'onda, potenza) in un ampio intervallo. Un dispositivo per terapia laser (ALT) deve fornire questi parametri, il loro controllo e visualizzazione affidabili e allo stesso tempo essere semplice e comodo da utilizzare.

4. Laser utilizzati nella tecnologia medica

4.1 Laser a CO2

Laser CO2, cioè. un laser il cui componente emettitore del mezzo attivo è l'anidride carbonica CO2 occupa un posto speciale tra l'intera varietà di laser esistenti. Questo laser unico si distingue principalmente per il fatto che è caratterizzato sia da una grande produzione di energia che da un'elevata efficienza. Sono state ottenute enormi potenze in modalità continua: diverse decine di kilowatt, la potenza pulsata ha raggiunto un livello di diversi gigawatt, l'energia pulsata viene misurata in kilojoule. L'efficienza di un laser CO2 (circa il 30%) supera l'efficienza di tutti i laser. La frequenza di ripetizione nella modalità a impulsi ripetitivi può essere di diversi kilohertz. Le lunghezze d'onda della radiazione laser CO2 sono nell'intervallo 9-10 µm (intervallo IR) e rientrano nella finestra di trasparenza dell'atmosfera. Pertanto, la radiazione laser CO2 è conveniente per un'azione intensiva sulla materia. Inoltre, le frequenze di assorbimento risonante di molte molecole rientrano nell'intervallo delle lunghezze di emissione del laser CO2.

La Figura 1 mostra i livelli vibrazionali più bassi dello stato fondamentale elettronico insieme ad una rappresentazione simbolica della forma vibrazionale della molecola di CO2.

Figura 20 - Livelli più bassi della molecola di CO2

Il ciclo di pompaggio laser di un laser a CO2 in condizioni stazionarie è il seguente. Gli elettroni del plasma a scarica luminescente eccitano le molecole di azoto, che trasferiscono l'energia di eccitazione alla vibrazione di stiramento asimmetrico delle molecole di CO2, che ha una lunga durata ed è il livello superiore del laser. Il livello laser inferiore è solitamente il primo livello eccitato della vibrazione di stiramento simmetrico, che è fortemente accoppiato dalla risonanza di Fermi alla vibrazione di flessione e quindi si rilassa rapidamente insieme a questa vibrazione in caso di collisione con l'elio. Ovviamente, lo stesso canale di rilassamento è efficace quando il secondo livello eccitato del modo di deformazione è il livello laser inferiore. Pertanto, un laser a CO2 è un laser a miscela di anidride carbonica, azoto ed elio, dove la CO2 fornisce radiazioni, l'N2 pompa il livello superiore e l'He esaurisce il livello inferiore.

I laser a CO2 di media potenza (da decine a centinaia di watt) sono progettati separatamente sotto forma di tubi relativamente lunghi con scarico longitudinale e circolazione longitudinale del gas. Un disegno tipico di un laser di questo tipo è mostrato nella Figura 2. Qui 1 è un tubo a scarica, 2 sono elettrodi ad anello, 3 è un lento rinnovamento del mezzo, 4 è un plasma a scarica, 5 è un tubo esterno, 6 è un funzionamento di raffreddamento acqua, 7.8 è un risonatore.

Figura 20 - Schema di un laser a CO2 raffreddato per diffusione

Il pompaggio longitudinale serve ad eliminare i prodotti di dissociazione della miscela di gas nello scarico. Il raffreddamento del gas di lavoro in tali sistemi avviene per diffusione sulla parete del tubo di scarico raffreddato dall'esterno. La conduttività termica del materiale della parete è essenziale. In quest'ottica è consigliabile l'utilizzo di tubi in ceramica al corindone (Al2O3) o al berillio (BeO).

Gli elettrodi sono realizzati ad anello, senza bloccare il percorso delle radiazioni. Il calore Joule viene trasferito per conduzione termica alle pareti del tubo, cioè viene utilizzato il raffreddamento per diffusione. Uno specchio sordo è fatto di metallo, uno traslucido è fatto di NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Un'alternativa al raffreddamento per diffusione è il raffreddamento per convezione. Il gas di lavoro viene soffiato attraverso la regione di scarico ad alta velocità e il calore Joule viene rimosso dallo scarico. L'uso del pompaggio rapido consente di aumentare la densità del rilascio e della rimozione di energia.

Il laser CO2 in medicina viene utilizzato quasi esclusivamente come “bisturi ottico” per il taglio e la vaporizzazione in tutti gli interventi chirurgici. L'azione di taglio di un raggio laser focalizzato si basa sull'evaporazione esplosiva dell'acqua intra ed extracellulare nell'area focale, a causa della quale la struttura del materiale viene distrutta. La distruzione del tessuto porta alla forma caratteristica dei bordi della ferita. In un'area di interazione ristretta, la temperatura di 100 °C viene superata solo quando si ottiene la disidratazione (raffreddamento evaporativo). Un ulteriore aumento della temperatura porta alla rimozione del materiale mediante carbonizzazione o evaporazione del tessuto. Direttamente nelle zone marginali si forma un sottile ispessimento necrotico dello spessore di 30-40 micron a causa della scarsa conducibilità termica nel caso generale. A una distanza di 300-600 micron non si formano più danni ai tessuti. Nella zona di coagulazione, i vasi sanguigni fino a 0,5-1 mm di diametro si chiudono spontaneamente.

I dispositivi chirurgici basati sul laser CO2 sono attualmente offerti in una gamma abbastanza ampia. La guida del raggio laser nella maggior parte dei casi viene effettuata utilizzando un sistema di specchi incernierati (manipolatore), che termina con uno strumento con ottica di focalizzazione incorporata, che il chirurgo manipola nell'area operata.

4.2 Laser elio-neon

IN laser al neon elio la sostanza di lavoro sono atomi di neon neutri. L'eccitazione viene effettuata mediante una scarica elettrica. Nel neon puro è difficile creare un'inversione in modalità continua. Questa difficoltà, in molti casi abbastanza generale, viene superata introducendo nella scarica un ulteriore gas, l'elio, che funge da donatore di energia di eccitazione. Le energie dei primi due livelli metastabili eccitati dell'elio (Figura 3) coincidono abbastanza esattamente con le energie dei livelli 3s e 2s del neon. Pertanto, le condizioni per il trasferimento dell'eccitazione risonante secondo lo schema

Figura 20 - Diagramma del livello laser He-Ne

Alle pressioni di neon ed elio scelte correttamente che soddisfano la condizione

è possibile ottenere una popolazione di uno o entrambi i livelli 3s e 2s del neon, molto più elevata di quella del neon puro, ed ottenere un'inversione di popolazione.

L'esaurimento dei livelli laser inferiori si verifica nei processi di collisione, comprese le collisioni con le pareti del tubo di scarico del gas.

Gli atomi di elio (e neon) sono eccitati in una scarica luminescente a bassa corrente (Figura 4). Nei laser CW basati su atomi o molecole neutri, il plasma debolmente ionizzato di una colonna a scarica a bagliore positiva viene spesso utilizzato per creare un mezzo attivo. La densità di corrente della scarica ad incandescenza è 100-200 mA/cm2. L'intensità del campo elettrico longitudinale è tale che il numero di elettroni e ioni presenti in un singolo segmento dello spazio di scarica compensa la perdita di particelle cariche durante la loro diffusione alle pareti del tubo a scarica di gas. Quindi la colonna di scarica positiva è stazionaria e omogenea. La temperatura degli elettroni è determinata dal prodotto della pressione del gas per il diametro interno del tubo. A piccoli valori la temperatura degli elettroni è alta, a grandi valori è bassa. La costanza del valore determina le condizioni per la somiglianza delle scariche. A densità costante del numero di elettroni, le condizioni e i parametri delle scariche rimarranno invariati se il prodotto rimane invariato. La densità numerica degli elettroni in un plasma debolmente ionizzato di una colonna positiva è proporzionale alla densità di corrente.

Per un laser elio-neon, i valori ottimali di , così come la composizione parziale della miscela di gas, sono leggermente diversi per le diverse regioni spettrali di generazione.

Nella regione di 0,63 μm, la più intensa delle linee della serie: la linea (0,63282 μm) corrisponde al Torx ottimale mm.

Figura 20 - Schema strutturale del laser He-Ne

I valori tipici della potenza di radiazione dei laser elio-neon dovrebbero essere considerati decine di milliwatt nelle regioni 0,63 e 1,15 μm e centinaia nella regione 3,39 μm. La durata dei laser è limitata dai processi di scarica ed è calcolata in anni. Col passare del tempo, la composizione del gas nello scarico viene disturbata. A causa dell'assorbimento degli atomi nelle pareti e negli elettrodi, si verifica il processo di "indurimento", la pressione diminuisce e il rapporto tra le pressioni parziali di He e Ne cambia.

La massima stabilità, semplicità e affidabilità a breve termine del design di un laser elio-neon si ottengono quando gli specchi del risonatore sono installati all'interno del tubo di scarica. Tuttavia, con una tale disposizione, gli specchi si guastano in tempi relativamente brevi a causa del bombardamento del plasma scaricato da particelle cariche. Pertanto, è diventata più diffusa la struttura in cui il tubo di scarico del gas è posizionato all'interno del risonatore (Fig. 5) e le sue estremità sono dotate di finestre posizionate nell'angolo di Brewster rispetto all'asse ottico, garantendo così la polarizzazione lineare della radiazione. Questa disposizione presenta numerosi vantaggi: l'allineamento degli specchi del risonatore è semplificato, la durata del tubo a scarica di gas e degli specchi aumenta, la loro sostituzione è facilitata, diventa possibile controllare il risonatore e utilizzare un risonatore dispersivo, selezionare modalità, ecc.

Figura 20 - Cavità laser He-Ne

Il passaggio tra le bande di generazione (Figura 6) in un laser a elio-neon sintonizzabile viene solitamente fornito introducendo un prisma e un reticolo di diffrazione viene solitamente utilizzato per la regolazione fine della linea di generazione.

Figura 20 - Utilizzo di un prisma di Litrow

4.3 Laser YAG

Lo ione trivalente neodimio attiva facilmente molte matrici. Di questi, i più promettenti erano i cristalli granato di ittrio e alluminio Y3Al5O12 (YAG) e vetro. Il pompaggio trasforma gli ioni Nd3+ dallo stato fondamentale 4I9/2 in diverse bande relativamente strette che svolgono il ruolo del livello superiore. Queste bande sono formate da una serie di stati eccitati sovrapposti, le loro posizioni e larghezze variano leggermente da matrice a matrice. Dalle fasce della pompa si verifica un rapido trasferimento dell'energia di eccitazione al livello metastabile 4F3/2 (Fig. 7).

Figura 20 - Livelli energetici degli ioni trivalenti delle terre rare

Più le bande di assorbimento sono vicine al livello 4F3/2, maggiore è l'efficienza del laser. Il vantaggio dei cristalli YAG è la presenza di una linea di assorbimento di colore rosso intenso.

La tecnologia di crescita dei cristalli si basa sul metodo Czochralski, quando YAG e un additivo vengono fusi in un crogiolo di iridio a una temperatura di circa 2000 °C, seguito dalla separazione di parte della massa fusa dal crogiolo utilizzando un seme. La temperatura del seme è leggermente inferiore alla temperatura della massa fusa e, una volta estratta, la massa fusa si cristallizza gradualmente sulla superficie del seme. L'orientamento cristallografico della massa fusa cristallizzata riproduce l'orientamento del seme. Il cristallo viene coltivato in un mezzo inerte (argon o azoto) a pressione normale con una piccola aggiunta di ossigeno (1-2%). Una volta che il cristallo raggiunge la lunghezza desiderata, viene lentamente raffreddato per evitare fratture dovute a stress termici. Il processo di crescita dura dalle 4 alle 6 settimane ed è controllato dal computer.

I laser al neodimio funzionano in un'ampia gamma di modalità di generazione, da continua a essenzialmente pulsata con una durata fino ai femtosecondi. Quest'ultimo si ottiene bloccando la modalità in un'ampia linea di guadagno, caratteristica degli occhiali laser.

Quando si creano laser al neodimio e al rubino, vengono implementati tutti i metodi caratteristici per il controllo dei parametri della radiazione laser sviluppati dall'elettronica quantistica. Oltre alla cosiddetta generazione libera, che dura quasi l'intera durata dell'impulso della pompa, si sono diffusi i regimi del fattore di qualità commutabile (modulato) e del blocco della modalità (autobloccante).

Nella modalità di funzionamento libero, la durata degli impulsi di radiazione è 0,1 ... 10 ms, l'energia di radiazione nei circuiti di amplificazione di potenza è di circa 10 ps quando vengono utilizzati dispositivi elettro-ottici per la commutazione Q. Un'ulteriore riduzione degli impulsi di generazione si ottiene utilizzando filtri sbiancabili sia per la commutazione Q (0,1...10 ps) che per il blocco della modalità (1...10 ps).

Sotto l'influenza dell'intensa radiazione laser Nd-YAG sul tessuto biologico, si formano necrosi piuttosto profonde (focalizzazione della coagulazione). L'effetto di rimozione dei tessuti, e quindi l'azione di taglio, è trascurabile rispetto a quello di un laser CO2. Pertanto, il laser Nd-YAG viene utilizzato principalmente per la coagulazione di sanguinamenti e per la necrosi di aree tissutali patologicamente alterate in quasi tutti gli ambiti chirurgici. Poiché inoltre la trasmissione delle radiazioni è possibile tramite cavi ottici flessibili, si aprono le prospettive per l'utilizzo di un laser Nd-YAG nelle cavità corporee.

4.4 Laser a semiconduttore

Laser a semiconduttore emettono radiazione coerente nella banda UV, visibile o IR (0,32 ... 32 micron); i cristalli semiconduttori sono usati come mezzo attivo.

Attualmente sono noti più di 40 diversi materiali semiconduttori adatti ai laser. Il pompaggio del mezzo attivo può essere effettuato mediante fasci di elettroni o radiazioni ottiche (0,32...16 µm), nella giunzione p-n di un materiale semiconduttore mediante corrente elettrica da una tensione esterna applicata (iniezione di portatori di carica, 0,57... 32 µm).

I laser a iniezione differiscono da tutti gli altri tipi di laser per le seguenti caratteristiche:

Elevata efficienza energetica (superiore al 10%);

Facilità di eccitazione (conversione diretta dell'energia elettrica in radiazione coerente - sia in modalità di funzionamento continua che pulsata);

Possibilità di modulazione diretta tramite corrente elettrica fino a 1010 Hz;

Dimensioni estremamente ridotte (lunghezza inferiore a 0,5 mm; larghezza non superiore a 0,4 mm; altezza non superiore a 0,1 mm);

Bassa tensione della pompa;

Affidabilità meccanica;

Lunga durata (fino a 107 ore).

4.5 Laser ad eccimeri

Laser ad eccimeri, che rappresentano una nuova classe di sistemi laser, aprono la gamma UV per l'elettronica quantistica. È conveniente spiegare il principio di funzionamento dei laser ad eccimeri usando l'esempio di un laser allo xeno (nm). Lo stato fondamentale della molecola Xe2 è instabile. Un gas non eccitato è costituito principalmente da atomi. Popolazione dello stato laser superiore, ad es. la creazione della stabilità eccitata della molecola avviene sotto l'azione di un fascio di elettroni veloci in una complessa sequenza di processi collisionali. Tra questi processi, un ruolo importante è svolto dalla ionizzazione e dall'eccitazione dello xeno da parte degli elettroni.

Gli eccimeri degli alogenuri di gas rari (monoalogenuri di gas nobili) sono di grande interesse, soprattutto perché, a differenza dei dimeri di gas nobili, i laser corrispondenti funzionano non solo con l'eccitazione del fascio di elettroni, ma anche con l'eccitazione della scarica di gas. Il meccanismo di formazione dei termini superiori delle transizioni laser in questi eccimeri è in gran parte poco chiaro. Considerazioni qualitative indicano che sono più facili da formare rispetto al caso dei dimeri di gas nobili. Esiste una profonda analogia tra le molecole eccitate composte da materiale alcalino e gli atomi di alogeno. Un atomo di gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile a un atomo di metallo alcalino e alogeno. Un atomo di gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile all'atomo di un metallo alcalino, che lo segue nella tavola periodica. Questo atomo si ionizza facilmente perché l'energia di legame dell'elettrone eccitato è bassa. A causa dell'elevata affinità per l'elettrone alogeno, questo elettrone si stacca facilmente e, quando gli atomi corrispondenti si scontrano, salta volentieri su una nuova orbita che unisce gli atomi, effettuando così la cosiddetta reazione dell'arpione.

I tipi più comuni di laser ad eccimeri sono: Ar2 (126,5 nm), Kr2 (145,4 nm), Xe2 (172,5 nm), ArF (192 nm), KrCl (222,0 nm), KrF (249,0 nm), XeCl (308,0 nm) , XeF (352,0 nm).

4.6 Laser a coloranti

Caratteristica distintiva laser a coloranteè la capacità di lavorare in un ampio intervallo di lunghezze d'onda dal vicino IR al vicino UV, sintonizzazione uniforme della lunghezza d'onda di generazione in un intervallo di diverse decine di nanometri con monocromaticità che raggiunge 1-1,5 MHz. I laser a coloranti funzionano in modalità cw, pulsata e pulsata ripetutamente. L'energia degli impulsi di radiazione raggiunge centinaia di joule, la potenza della generazione continua è di decine di watt, la frequenza di ripetizione è di centinaia di hertz e l'efficienza è di decine di percentuali (con pompaggio laser). Nella modalità pulsata, la durata della generazione è determinata dalla durata degli impulsi della pompa. Nella modalità di blocco della modalità, vengono raggiunti gli intervalli di durate di picosecondi e subpicosecondi.

Le proprietà dei laser a coloranti sono determinate dalle proprietà della loro sostanza di lavoro, i coloranti organici. ColorantiÈ consuetudine chiamare composti organici complessi con un sistema ramificato di legami chimici complessi che presentano bande di assorbimento intense nelle regioni visibili e vicine agli UV dello spettro. I composti organici colorati contengono saturi gruppi cromofori tipo NO2, N=N, =CO, responsabile della colorazione. La presenza del cosiddetto gruppi auxocromici tipo NH3, OH conferisce proprietà coloranti al composto.

4.7 Laser ad argon

Laser ad argon si riferisce al tipo di laser a scarica di gas che si generano sulle transizioni tra i livelli di ioni principalmente nella parte blu-verde delle regioni visibili e vicino all'ultravioletto dello spettro.

Tipicamente questo laser emette a lunghezze d'onda di 0,488 µm e 0,515 µm, nonché nell'ultravioletto a lunghezze d'onda di 0,3511 µm e 0,3638 µm.

La potenza può raggiungere 150 W (design industriale 2 ore 10 W, durata entro 100 ore). Lo schema di progettazione di un laser ad argon con eccitazione a corrente continua è mostrato nella Figura 8.

Figura 20 - Schema costruttivo di un laser ad argon

1 - finestre di uscita del laser; 2 - catodo; 3 - canale di raffreddamento ad acqua; 4 - tubo di scarico del gas (capillare); 5 - magneti; 6 - anodo; 7 - tubo gas bypass; 8 - specchio sordo; 9 - specchio traslucido

Lo scarico del gas avviene in un sottile tubo di scarico del gas (4), di 5 mm di diametro, in un capillare, raffreddato da un liquido. La pressione di esercizio del gas è compresa tra decine di Pa. I magneti (5) creano un campo magnetico per "spremere" la scarica dalle pareti del tubo di scarico del gas, che non consente alla scarica di toccare le sue pareti. Questa misura consente di aumentare la potenza di uscita della radiazione laser riducendo la velocità di rilassamento degli ioni eccitati, che si verifica a seguito della collisione con le pareti del tubo.

Il canale di bypass (7) è progettato per equalizzare la pressione lungo la lunghezza del tubo di scarico del gas (4) e garantire la libera circolazione del gas. In assenza di tale canale, il gas si accumula nella parte anodica del tubo dopo l'accensione dell'arco, il che può portare alla sua estinzione. Il meccanismo di ciò è il seguente. Sotto l'azione di un campo elettrico applicato tra il catodo (2) e l'anodo (6), gli elettroni si precipitano verso l'anodo 6, aumentando la pressione del gas sull'anodo. Ciò richiede l'equalizzazione della pressione del gas nel tubo di scarico del gas per garantire il normale flusso del processo, che viene effettuato mediante un tubo di bypass (7).

Per ionizzare gli atomi neutri di argon è necessario far passare attraverso il gas una corrente con una densità fino a diverse migliaia di ampere per centimetro quadrato. Pertanto è necessario un raffreddamento efficiente del tubo di scarico del gas.

Le principali aree di applicazione dei laser ad argon: fotochimica, trattamento termico, medicina. Il laser ad argon, per la sua elevata selettività verso i cromofori autogeni, viene utilizzato in oftalmologia e dermatologia.

5. Apparecchiature laser prodotte in serie

I terapisti utilizzano laser elio-neon di bassa potenza, che emettono nella regione visibile dello spettro elettromagnetico (λ=0,63 µm). Una delle unità di fisioterapia è un'unità laser. UFL-1, destinato al trattamento delle malattie acute e croniche della regione maxillo-facciale; può essere utilizzato per il trattamento di ulcere e ferite che non guariscono a lungo, nonché in traumatologia, ginecologia, chirurgia (periodo postoperatorio). Viene utilizzata l'attività biologica del raggio rosso di un laser elio-neon (potenza di radiazione
20 mW, intensità della radiazione sulla superficie dell'oggetto 50-150 mW/cm2).

Esistono prove che questi laser vengono utilizzati per trattare le malattie delle vene (ulcere trofiche). Il corso del trattamento consiste in 20-25 sessioni di dieci minuti di irradiazione di un'ulcera trofica con un laser a elio-neon a bassa potenza e, di regola, termina con la sua completa guarigione. Un effetto simile si osserva nel trattamento laser delle ferite traumatiche e post-ustioni che non guariscono. Gli effetti a lungo termine della terapia laser per le ulcere trofiche e le ferite non cicatrizzate a lungo termine sono stati testati su un gran numero di pazienti guariti in un periodo da due a sette anni. Durante questi periodi, nel 97% degli ex pazienti, ulcere e ferite non si aprivano più e solo il 3% aveva ricadute della malattia.

L'iniezione leggera tratta varie malattie del sistema nervoso e vascolare, allevia il dolore nella sciatica, regola la pressione sanguigna, ecc. Il laser domina sempre più nuove professioni mediche. Il laser guarisce il cervello. Ciò è facilitato dall'attività dello spettro di radiazioni visibili dei laser elio-neon a bassa intensità. Il raggio laser, come si è scoperto, è in grado di anestetizzare, lenire e rilassare i muscoli e accelerare la rigenerazione dei tessuti. Molti farmaci con proprietà simili vengono solitamente prescritti a pazienti che hanno subito una lesione cerebrale traumatica, che dà sintomi estremamente confusi. Il raggio laser combina l'azione di tutti i preparati necessari. Esperti dell'Istituto Centrale di Ricerca di Riflessologia del Ministero della Salute dell'URSS e dell'Istituto di Ricerca di Neurochirurgia intitolato ad A.I. A N. Burdenko Accademia delle scienze mediche dell'URSS.

La ricerca sulle possibilità di trattare tumori benigni e maligni con un raggio laser è condotta dall'Istituto di ricerca oncologico di Mosca intitolato a N.N. PAPÀ. Herzen, Istituto di Oncologia di Leningrado. N.N. Petrov e altri centri oncologici.

In questo caso vengono utilizzati diversi tipi di laser: laser C02 in modalità di radiazione continua (λ = 10,6 μm, potenza 100 W), laser elio-neon con modalità di radiazione continua (λ = 0,63 μm, potenza 30 mW) , laser CW all'elio-cadmio (λ = 0,44 μm, potenza 40 mW), laser ad azoto pulsato (λ = 0,34 μm, potenza dell'impulso 1,5 kW, potenza media della radiazione 10 mW).

Sono stati sviluppati e vengono applicati tre metodi di esposizione alle radiazioni laser sui tumori (benigni e maligni):

a) Irradiazione laser - irradiazione di un tumore con un raggio laser sfocato, che porta alla morte delle cellule tumorali, alla perdita della capacità di moltiplicarsi.

b) Coagulazione laser: distruzione del tumore con un raggio moderatamente focalizzato.

c) Chirurgia laser: asportazione del tumore insieme ai tessuti adiacenti con un raggio laser focalizzato. Sono state sviluppate installazioni laser:

"Yakroma"- potenza fino a 2,5 W all'uscita della guida luminosa ad una lunghezza d'onda di 630 nm, tempo di esposizione da 50 a 750 sec; impulso con frequenza di ripetizione di 104 impulsi/sec.; su 2 laser: un laser a colorante pulsato e un laser a vapori di rame "LGI-202". Spettromed- potenza 4 W in modalità generazione continua, lunghezza d'onda 620-690 nm, tempo di esposizione da 1 a 9999 sec utilizzando il dispositivo "Expo"; su due laser: laser a colorante continuo "Ametista" e laser ad argon "Inversione" per la terapia fotodinamica dei tumori maligni (un metodo moderno di azione selettiva sulle cellule tumorali del corpo).

Il metodo si basa sulla differenza nell'assorbimento della radiazione laser da parte di cellule che differiscono nei loro parametri. Il medico inietta un medicinale fotosensibilizzante (acquisizione da parte dell'organismo di un'ipersensibilità specifica a sostanze estranee) nell'area di accumulo delle cellule patologiche. La radiazione laser che colpisce i tessuti del corpo viene assorbita selettivamente dalle cellule tumorali contenenti il ​​farmaco, distruggendole, il che consente la distruzione delle cellule tumorali senza danneggiare il tessuto circostante.

Dispositivo laser ATKUS-10(CJSC "Semiconductor Devices"), mostrato in Figura 9, consente di influenzare le neoplasie con radiazioni laser con due diverse lunghezze d'onda di 661 e 810 nm. Il dispositivo è destinato all'uso in istituti medici di ampio profilo, nonché alla risoluzione di vari problemi scientifici e tecnici come fonte di potente radiazione laser. Quando si utilizza il dispositivo, non si verificano lesioni distruttive pronunciate della pelle e dei tessuti molli. La rimozione dei tumori con il laser chirurgico riduce il numero di recidive e complicanze, riduce i tempi di guarigione delle ferite, consente una procedura in una sola fase e dà un buon effetto cosmetico.

Figura 20 - Macchina laser ATKUS-10

Come emettitore vengono utilizzati diodi laser a semiconduttore. Viene utilizzata una fibra ottica di trasporto con un diametro di 600 µm.

LLC NPF "Techcon" ha sviluppato un dispositivo per terapia laser " Alfa 1M"(Figura 10). Come riportato sul sito web del produttore, l'unità è efficace nel trattamento di artrosi, neurodermite, eczema, stomatite, ulcere trofiche, ferite postoperatorie, ecc. La combinazione di due emettitori - continuo e pulsato - offre grandi opportunità per il lavoro medico e di ricerca. Il fotometro integrato consente di impostare e controllare la potenza dell'esposizione. L'impostazione discreta del tempo e l'impostazione regolare della frequenza degli impulsi di irradiazione sono convenienti per il funzionamento del dispositivo. La facilità di controllo consente l'utilizzo del dispositivo da parte di personale paramedico.

Figura 20 – Dispositivo laser terapeutico “Alpha 1M”

Le caratteristiche tecniche del dispositivo sono riportate nella tabella 1.

Tavolo 7 - Caratteristiche tecniche dell'apparecchio laser terapeutico "Alpha 1M"

All'inizio degli anni '70, l'accademico M.M. Krasnov e i suoi colleghi del 2o Istituto medico di Mosca hanno compiuto sforzi per curare il glaucoma (a causa di violazioni del deflusso del fluido intraoculare e, di conseguenza, un aumento della pressione intraoculare) utilizzando un laser. Il trattamento del glaucoma è stato effettuato mediante appositi dispositivi laser, realizzati in collaborazione con i fisici.

Unità oftalmica laser "Scimitarra" non ha analoghi stranieri. Progettato per gli interventi chirurgici della parte anteriore dell'occhio. Consente di trattare il glaucoma e la cataratta senza violare l'integrità delle membrane esterne dell'occhio. L'installazione utilizza un laser a rubino pulsato. L'energia della radiazione contenuta in una serie di diversi impulsi luminosi va da 0,1 a 0,2 J. La durata di un singolo impulso va da 5 a 70 ns, l'intervallo tra gli impulsi va da 15 a 20 μs. Diametro spot laser da 0,3 a 0,5 mm. Macchina laser "Yatagan 4" con una durata dell'impulso di 10-7 s., con una lunghezza d'onda della radiazione di 1,08 μm e un diametro dello spot di 50 μm. Con tale irradiazione dell'occhio, non è l'azione termica, ma quella fotochimica e persino meccanica del raggio laser (la comparsa di un'onda d'urto) a diventare decisiva. L'essenza del metodo sta nel fatto che un "colpo" laser di una certa potenza viene diretto verso l'angolo della camera anteriore dell'occhio e forma un microscopico "canale" per il deflusso del fluido, ripristinando così le proprietà di drenaggio del l'iride, creando un normale deflusso del liquido intraoculare. In questo caso, il raggio laser passa liberamente attraverso la cornea trasparente e "esplode" sulla superficie dell'iride. In questo caso non si tratta del bruciore, che porta all'infiammazione dell'iride e alla rapida eliminazione del condotto, ma alla perforazione del foro. La procedura dura circa 10-15 minuti. Di solito perforano 15-20 fori (condotti) per il deflusso del fluido intraoculare.

Sulla base della Clinica per le malattie degli occhi di Leningrado dell'Accademia medica militare, un gruppo di specialisti guidati dal professore di scienze mediche V.V. Volkov ha utilizzato il proprio metodo per trattare le malattie degenerative della retina e della cornea utilizzando un laser a bassa potenza LG-75 funzionante in modalità continua. In questo trattamento la retina viene colpita da una radiazione a bassa potenza pari a 25 mW. Inoltre, la radiazione è diffusa. La durata di una sessione di irradiazione non supera i 10 minuti. Per 10-15 sessioni con intervalli tra uno e cinque giorni, i medici curano con successo la cheratite, l'infiammazione della cornea e altre malattie infiammatorie. Regimi di trattamento ottenuti empiricamente.

Nel 1983, l'oculista americano S. Trokel suggerì la possibilità di utilizzare un laser ad eccimeri ultravioletti per correggere la miopia. Nel nostro paese, la ricerca in questa direzione è stata condotta presso l'Istituto di ricerca di Mosca "Microchirurgia oculare" sotto la guida del professor S.N. Fedorov e A. Semenov.

Per eseguire tali operazioni, un'unità laser è stata creata dagli sforzi congiunti del MNTK "Microchirurgia oculare" e dell'Istituto di fisica generale sotto la guida dell'accademico A. M. Prokhorov "Profilo 500" con un sistema ottico unico che non ha analoghi al mondo. In caso di esposizione alla cornea, la possibilità di ustioni è completamente esclusa, poiché il riscaldamento del tessuto non supera i 4-8ºC. La durata dell'operazione è di 20-70 secondi, a seconda del grado di miopia. Dal 1993 il "Profilo 500" è stato utilizzato con successo in Giappone, a Tokyo e Osaka, presso il Centro Interregionale Laser di Irkutsk.

Macchina oftalmica laser al neon elio MACDEL-08(CJSC "MAKDEL-Technologies"), mostrato nella Figura 11, ha un sistema di controllo digitale, un misuratore di potenza, un'alimentazione di radiazioni in fibra ottica, set di ugelli ottici e magnetici. La macchina laser funziona con rete CA con una frequenza di 50 Hz e una tensione nominale di 220 V±10%. Consente di impostare il tempo della sessione (radiazione laser) nell'intervallo da 1 a 9999 secondi con un errore non superiore al 10%. Dispone di un display digitale che consente di impostare l'ora iniziale e controllare il tempo fino alla fine della procedura. Se necessario, la sessione può essere interrotta prima del previsto. Il dispositivo fornisce la modulazione della frequenza della radiazione laser da 1 a 5 Hz con un passo di 1 Hz, inoltre esiste una modalità di radiazione continua, quando la frequenza è impostata su 0 Hz.

Figura 20 - Dispositivo oftalmico laser MACDEL-08

macchina laser a infrarossi MACDEL-09 progettato per correggere i disturbi visivi accomodativo-rifrattivi. Il trattamento consiste nell'eseguire 10-12 procedure per 3-5 minuti. I risultati della terapia persistono per 4-6 mesi. Con una diminuzione degli indicatori di alloggio, è necessario condurre un secondo corso. Il processo di miglioramento degli indicatori oggettivi della vista si estende per 30-40 giorni dopo le procedure. I valori medi della parte positiva della relativa accomodazione aumentano costantemente di 2,6 diottrie. e raggiungere livelli normali. L'aumento massimo della riserva è di 4,0 diottrie, il minimo è di 1,0 diottrie. Gli studi reociclografici mostrano un costante aumento del volume del sangue circolante nei vasi del corpo ciliare. Il dispositivo consente di impostare il tempo della sessione di radiazione laser nell'intervallo da 1 a 9 minuti. Il display digitale sull'unità di controllo consente di effettuare l'impostazione iniziale dell'ora, nonché di controllare l'ora fino alla fine della sessione. Se necessario, la sessione può essere interrotta prima del previsto. Al termine della seduta di trattamento, il dispositivo emette un segnale acustico di avviso. Il sistema di regolazione della distanza centro-centro permette di impostare la distanza tra i centri dei canali da 56 a 68 mm. La distanza da centro a centro richiesta può essere impostata utilizzando un righello sull'unità di esecuzione o mediante l'immagine dei LED di riferimento.

Modelli laser ad argon ARGO ditta Aesculap Meditek (Germania) per l'oftalmologia, utilizzata per la fotocoagulazione della retina. Solo in Germania vengono utilizzati più di 500 laser ad argon, che funzionano tutti in modo sicuro e affidabile. ARGUS è facile da usare e compatibile con i comuni modelli di lampade a fessura Zeiss e Haag-Streit. ARGUS è preparato in modo ottimale per lavorare insieme a un laser Nd:YAG sulla stessa postazione di lavoro.

Sebbene ARGUS sia progettato come una singola unità, il supporto dello strumento e l'unità laser possono essere posizionati uno accanto all'altro o in luoghi e stanze diverse, grazie ad un cavo di collegamento lungo fino a 10 metri. Il supporto dello strumento regolabile in altezza offre la massima libertà al paziente e al medico. Anche se il paziente è seduto su una sedia a rotelle, non è difficile curarlo.

Per proteggere gli occhi, ARGUS integra un filtro dottore a basso rumore controllabile. Il filtro viene introdotto nel raggio laser premendo l'interruttore a pedale, ad es. poco prima del lancio del flash laser. Fotocellule e microprocessori ne controllano la corretta posizione. L'illuminazione ottimale della zona di coagulazione è garantita da uno speciale dispositivo di guida del raggio laser. Il micromanipolatore pneumatico consente il posizionamento accurato della trave con una sola mano.

Caratteristiche tecniche del dispositivo:

Laser a ioni di argon di tipo CW per tubo ceramico oftalmico BeO

Accensione della cornea:

sulla cornea: 50 mW - 3000 mW per tutte le linee, 50 mW - 1500 mW per 514 nm

con un alimentatore a consumo limitato:

sulla cornea: 50 mW - 2500 mW per tutte le linee, 50 mW - 1000 mW per 514 nm

Argon del raggio pilota per tutte le linee o 514 nm, massimo 1 mW

Durata dell'impulso 0,02 - 2,0 sec, regolabile in 25 passi o in modo continuo

Sequenza di impulsi 0,1 - 2,5 sec., con intervalli regolabili in 24 passi

Avvio a impulsi tramite interruttore a pedale; nella modalità treno di impulsi, la serie di lampeggi desiderata viene attivata premendo il pedale;

la funzione viene interrotta al rilascio del pedale

Alimentazione del fascio tramite guida luminosa, fibra dia. 50 µm, 4,5 m di lunghezza, entrambe le estremità con connettore SMA

Telecomando a scelta offerto:

telecomando 1: regolazione manuale con volantino;

telecomando 2: impostazione dei contatti della tastiera a membrana.

Caratteristiche generali: display elettroluminescente, visualizzazione della potenza in forma digitale e analogica, visualizzazione digitale di tutte le altre impostazioni, indicazione dello stato di funzionamento (ad es. consigli di servizio) con testo in chiaro

Controllo a microprocessore, controllo della potenza, filtro protettivo per la dottoressa e otturatori in modalità 10 millisecondi

Raffreddamento

aria: ventilatori integrati a bassa rumorosità

acqua: portata da 1 a 4 l/min, ad una pressione da 2 a 4 bar e ad una temperatura non superiore a 24°C

È possibile scegliere tra tre diversi alimentatori:

AC corrente monofase con neutro 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC corrente, monofase con limitazione del consumo massimo di corrente a 25 A

corrente trifase, tre fasi e filo neutro, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Registrazione dei risultati: stampa dei parametri del trattamento con stampante opzionale

Dimensioni

Apparecchio: 95 cm x 37 cm x 62 cm (L x P x A)

tavolo: 93 cm x 40 cm (L x P)

altezza tavolo: 70 - 90 cm

"Bisturi laser" ha trovato applicazione nelle malattie dell'apparato digerente (O.K. Skobelkin), nella chirurgia plastica della pelle e nelle malattie delle vie biliari (A.A. Vishnevskij), nella chirurgia cardiaca (A.D. Arapov) e in molti altri settori della chirurgia.

In chirurgia vengono utilizzati laser a CO2 che emettono nella regione infrarossa invisibile dello spettro elettromagnetico, che impone determinate condizioni durante l'intervento chirurgico, soprattutto negli organi interni di una persona. A causa dell'invisibilità del raggio laser e della difficoltà di manipolarlo (la mano del chirurgo non ha feedback, non sente il momento e la profondità del taglio), vengono utilizzati morsetti e puntatori per garantire la precisione del taglio.

I primi tentativi di utilizzare il laser in chirurgia non sempre hanno avuto successo, gli organi vicini sono rimasti feriti, il raggio ha bruciato i tessuti. Inoltre, se maneggiato con noncuranza, il raggio laser potrebbe essere pericoloso anche per il medico. Ma nonostante queste difficoltà, la chirurgia laser ha fatto progressi. Così, all'inizio degli anni '70, sotto la guida dell'accademico B. Petrovsky, il professor Skobelkin, il dottor Brekhov e l'ingegnere A. Ivanov iniziarono a creare un bisturi laser "Bisturi 1"(Figura 12).

Figura 20 - Unità chirurgica laser "Scalpel-1"

L'unità chirurgica laser "Scalpel 1" viene utilizzata negli interventi sugli organi del tratto gastrointestinale, nell'arresto del sanguinamento da ulcere acute del tratto gastrointestinale, nella chirurgia plastica della pelle, nel trattamento delle ferite purulente e nelle operazioni ginecologiche. È stato utilizzato un laser CO2 a onda continua con una potenza di 20 W all'uscita della guida luminosa. Il diametro dello spot laser varia da 1 a 20 micron.

Un diagramma del meccanismo d'azione della luce laser CO2 sui tessuti è mostrato nella Figura 13.

Figura 20 - Schema del meccanismo d'azione della luce laser CO2 sul tessuto

Con l'aiuto di un bisturi laser, le operazioni vengono eseguite senza contatto, la luce del laser CO2 ha effetti antisettici e antiblastici, mentre si forma un denso film di coagulazione, che provoca un'emostasi efficace (il lume dei vasi arteriosi fino a 0,5 mm e venoso vasi fino a 1 mm di diametro sono saldati e non necessitano di legature di bendaggio), crea una barriera contro gli agenti infettivi (compresi i virus) e tossici, fornendo allo stesso tempo un'ablazione altamente efficace, stimola la rigenerazione dei tessuti post-traumatici e previene le loro alterazioni cicatriziali (vedi diagramma ).

"Laserato"(Instrument Design Bureau) è costruito sulla base di laser a semiconduttore che emettono ad una lunghezza d'onda di 1,06 micron. Il dispositivo si differenzia per alta affidabilità, dimensioni complessive e peso ridotti. L'erogazione della radiazione al tessuto biologico viene effettuata tramite un'unità laser o con l'aiuto di una guida luminosa. La guida della radiazione principale viene effettuata mediante l'illuminazione pilota di un laser a semiconduttore. Classe di pericolo laser 4 secondo GOST R 50723-94, classe di sicurezza elettrica I con tipo di protezione B secondo GOST R 50267.0-92.

apparecchi chirurgici laser "Lancetta-1"(Figura 14) - Modello laser CO2 progettato per interventi chirurgici in vari ambiti della pratica medica.

Figura 20 - Apparecchio chirurgico laser "Lancet-1"

Il dispositivo è orizzontale, portatile, ha una confezione originale a forma di custodia, soddisfa i requisiti più moderni per i sistemi laser chirurgici sia in termini di capacità tecniche, sia nel garantire condizioni di lavoro ottimali per il chirurgo, facilità d'uso e design .

Le caratteristiche tecniche del dispositivo sono riportate nella tabella 2.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche del dispositivo chirurgico laser "Lancet-1"

Lunghezza d'onda della radiazione, µm
Potenza di radiazione in uscita (regolabile), W
Potenza in modalità Medipulse, W
Diametro del raggio laser sul tessuto (commutabile), micron
Guida della radiazione principale mediante un raggio laser a diodi	2 mW, 635 nm
Modalità di radiazione (commutabili)	continuo, impulso-periodico, Medipulse
Tempo di esposizione alle radiazioni (regolabile), min
La durata dell'impulso di radiazione nella modalità a impulsi ripetitivi (regolabile), s
Durata della pausa tra gli impulsi, s
Telecomando	a distanza
Accensione delle radiazioni	pedale
Rimozione dei prodotti della combustione	sistema di evacuazione fumi
Raggio dello spazio operativo, mm
Sistema di raffreddamento	tipo autonomo, aria-liquido
Sistemazione in sala operatoria	scrivania
Alimentazione (CA)	220 V, 50 Hz, 600 W
Dimensioni complessive, mm
Peso (kg

6. Apparecchiature laser mediche sviluppate da KBAS

Ugello ottico universale ( SAPERE) ai laser del tipo LGN-111, LG-75-1(Figura 15) è progettato per focalizzare la radiazione laser in una guida luminosa e modificare il diametro dello spot durante l'irradiazione esterna.

Figura 20 - Ugello ottico universale (NOA)

L'ugello viene utilizzato nel trattamento di numerose malattie associate a disturbi circolatori introducendo una guida luminosa in una vena e irradiando il sangue, nonché nel trattamento di malattie dermatologiche e reumatiche. L'ugello è facile da usare, facile da montare sul corpo del laser, si adatta rapidamente alla modalità operativa. Con l'irradiazione esterna, il diametro dello spot viene modificato spostando la lente condensatrice.

Le caratteristiche tecniche del LEU sono riportate nella Tabella 3.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche del LEU

Installazione di fisioterapia "Polpo-1"(Figura 16) è destinato al trattamento di una serie di malattie in vari campi della medicina: traumatologia, dermatologia, odontoiatria, ortopedia, riflessologia, nevralgia.

Figura 20 - Unità di fisioterapia laser "Octopus-1"

Il trattamento con il dispositivo Sprut-1 garantisce l'assenza di reazioni allergiche, indolore e asepsi e porta anche ad una significativa riduzione della durata del trattamento, risparmio di medicinali.

Il principio di funzionamento si basa sull'utilizzo dell'effetto stimolante dell'energia della radiazione laser con una lunghezza d'onda di 0,63 micron.

L'installazione è composta da un radiatore, la cui posizione è regolabile in modo fluido rispetto al piano orizzontale, un alimentatore con contatore integrato per il numero di accensioni e un contatore per il tempo di funzionamento totale dell'installazione.

L'emettitore e l'alimentatore sono montati su un supporto mobile leggero.

Le caratteristiche tecniche dell'installazione Sprut-1 sono riportate nella Tabella 4.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche dell'unità di fisioterapia "Octopus-1"

Unità di terapia oftalmica laser "Quantità"(Figura 17) viene utilizzato nel trattamento di erosioni e ulcere di natura trofica, dopo lesioni, ustioni, cheratiti e cheratocongiuntiviti, cheratopatie postoperatorie, nonché per accelerare il processo di attecchimento durante il trapianto di cornea.

Figura 20 - Unità terapeutica oftalmica laser “Lota”

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella Tabella 5.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche della macchina laser "Lota"

Lunghezza d'onda della radiazione, µm
Densità di potenza della radiazione nel piano di irradiazione, W/cm2	non più di 5x105
Potenza di radiazione all'uscita dell'impianto, mW
La natura della regolazione della potenza nell'intervallo specificato
Consumo energetico, VA	non più di 15
MTBF, ora	almeno 5000
Risorsa media	almeno 20000
Peso (kg

Macchina laser medica "Almicina"(Figura 18) viene utilizzato in terapia, odontoiatria, fisiologia, pneumologia, dermatologia, chirurgia, ginecologia, proctologia e urologia. Metodi di trattamento: effetto battericida, stimolazione della microcircolazione della fonte del danno, normalizzazione dei processi immunitari e biochimici, miglioramento della rigenerazione, aumento dell'efficacia della terapia farmacologica.

Figura 20 - Unità laser medica "Almitsin"

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella tabella 6.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche del dispositivo laser medico "Almitsin"

Gamma spettrale	vicino agli UV
Progetto
Uscita del raggio	luce guida
Diametro della fibra, µm
Lunghezza guida luminosa, m
Tensione di rete ad una frequenza di 50 Hz, V
Consumo energetico, W	non più di 200
Controllo	automatico
Tempo di irradiazione, min	non più di 3
Dimensioni di ciascun blocco, mm
	non più di 40 kg

prefisso fibra ottica "Arianna-10"(Figura 19) si propone invece di avere un basso grado di mobilità e un meccanismo di cerniera a specchio inerziale per la trasmissione della radiazione per unità chirurgiche (del tipo "Scalpel-1") su laser CO2.

Gli elementi principali dell'attacco sono: un dispositivo di immissione delle radiazioni e una guida luminosa per chirurgia generale.

Figura 20 - Prefisso fibra ottica "Ariadna-10"

La guida luminosa dell'accessorio funziona in combinazione con un dispositivo di aspirazione del fumo, che consente contemporaneamente alle operazioni chirurgiche di rimuovere i prodotti dell'interazione delle radiazioni con i tessuti biologici dallo spazio operatorio.

Grazie alla flessibilità della guida luminosa, le possibilità di utilizzo di apparecchi chirurgici laser basati su laser CO2 vengono notevolmente ampliate.

Le caratteristiche tecniche dell'impianto sono riportate nella Tabella 7.

Tabella 7 - Caratteristiche tecniche dell'attacco in fibra ottica Ariadna-10

Lo schema di collegamento è mostrato nella Figura 20.

Figura 20 - Schema dell'attacco per fibra ottica "Ariadna-10"

Elenco delle fonti utilizzate

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2. Manuale della tecnologia laser. Per. dal tedesco. M., Energoatomizdat, 1991. - 544 p.

3. Zhukov B.N., Lysov N.A., Bakutsky V.N., Anisimov V.I. Lezioni sulla medicina laser: libro di testo. - Samara: Media, 1993. - 52 p.

4. Applicazione dell'unità chirurgica laser "Scalpel-1" per il trattamento delle malattie dentali. - M.: Ministero della Sanità dell'URSS, 1986. - 4 p.

5. Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarskii V.F., Osipov V.V. Sviluppo di soluzioni scientifiche e tecniche in medicina: libro di testo. - Orenburg: OGU, 2000. - 255 pag.

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La chirurgia laser si basa sull'effetto termico distruttivo della radiazione laser sui tessuti biologici. Lo sviluppo di metodi per trasmettere tali radiazioni attraverso il lume dell'endoscopio ha reso possibile l'utilizzo dei laser anche nella chirurgia endoscopica. Si può affermare con certezza che è stato l’avvento dei laser medicali ad alta energia a contribuire al rapido sviluppo degli interventi chirurgici endotracheali ed endobronchiali negli ultimi due decenni. Attualmente nella chirurgia endoscopica della trachea e dei bronchi vengono utilizzati diversi tipi di sorgenti laser, che differiscono per lunghezza d'onda, potenza e modalità di radiazione. Per scegliere consapevolmente il laser giusto per lui, il chirurgo endoscopista deve comprendere le basi della progettazione del laser, nonché conoscere i vantaggi e gli svantaggi dei diversi tipi.

Principi generali dei laser medicali. Il termine "laser" (laser) è composto dalle lettere iniziali di cinque parole inglesi: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, che significa amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni.

Il laser è costituito da un mezzo attivo e da specchi posizionati con precisione l'uno rispetto all'altro, formando un risonatore. Uno degli specchi è completamente riflettente, l'altro è parzialmente trasmissivo. La radiazione laser leggera è formata dal passaggio ripetuto della luce attraverso il mezzo attivo (in cui viene amplificata) tra gli specchi. La radiazione generata lascia il risonatore attraverso uno specchio parzialmente trasmittente. Le condizioni per la possibilità di amplificare la radiazione laser vengono create grazie al processo di pompaggio. Il pompaggio nei laser di vario tipo viene effettuato in diversi modi: nei laser su cristalli (rubino, granato con vari attivatori, alessandrite, ecc.) - mediante radiazione ottica di una lampada a pompa o diodi laser, nei laser a gas - mediante incandescenza (elio -laser al neon e ad anidride carbonica) o scarica ad arco. Sfortunatamente, la maggior parte dei tipi di pompaggio (ad eccezione del pompaggio elettrico di laser a semiconduttore-diodo e del pompaggio con radiazione ottica monocromatica, ad esempio, diodi laser) hanno una bassa efficienza: nella migliore delle ipotesi, circa il 10% della potenza della pompa viene convertita in radiazione laser.

Poiché nel laser viene generata solo la radiazione perpendicolare agli specchi del risonatore, questa è altamente diretta, cioè ha un piccolo angolo di divergenza, indicato con la lettera greca (p) E quanto più piccolo è questo angolo, tanto più piccola può essere concentrata l'area radiazione laser.La divergenza della radiazione laser è determinata da ragioni fisiche e tecniche, che sono considerate in dettaglio nella letteratura tecnica.Qui notiamo una proprietà della radiazione luminosa (e di qualsiasi elettromagnetica): più sottile è il raggio laser (minore è il diametro dell'apertura della radiazione laser), maggiore è l'angolo minimo ottenibile della sua divergenza.

La radiazione per la quale il prodotto del diametro del fascio e la sua divergenza è pari al limite fisico è detta monomodale.
Se gli specchi sono inclinati l'uno rispetto all'altro (disallineati), la radiazione lascia il risonatore senza ricevere alcuna potenza significativa. Il disallineamento può verificarsi a causa di influenze meccaniche sul laser. In questo progetto sorge un altro problema: la polvere e l'umidità che penetrano nella cavità laser assorbono la radiazione laser. Ciò, nella migliore delle ipotesi, porta ad una diminuzione del livello di potenza di uscita e, nel peggiore dei casi, al guasto (burnout) degli elementi che formano il laser.

Affinché il laser diventi un bisturi laser, è necessario portare la radiazione laser sul sito di esposizione. In questo caso, la radiazione laser viene assorbita nel tessuto biologico, una grande quantità di energia viene rilasciata in un volume limitato e il tessuto si riscalda. La caratteristica principale che determina la velocità di riscaldamento dei tessuti è la densità di potenza della radiazione, ovvero la potenza per unità di superficie. Per focalizzare la radiazione laser sul tessuto, il modo più semplice è posizionare una lente all'uscita del laser in modo che la radiazione si concentri sulla zona interessata. Ciò avviene quando il laser è collegato al microscopio operatorio. Tuttavia, questo metodo di guida della radiazione laser non è sempre conveniente.

Spesso è difficile posizionare l'emettitore ingombrante e il paziente uno accanto all'altro. In questo caso il raggio laser viene trasportato all'interno di un sistema di tubi cavi, accoppiati e accoppiati otticamente tra loro mediante giunti a cerniera a specchio. Il raggio laser passa all'interno dei tubi senza toccarne le pareti. All'estremità distale di tale manipolatore è posizionata una lente ottica che focalizza la radiazione laser in un punto di piccolo diametro (solitamente 0,1–0,2 mm), garantendo elevate densità di potenza luminosa sull'oggetto. Più conveniente è il trasporto della radiazione laser attraverso fibre ottiche flessibili.

Una guida ottica è costituita da un nucleo e da un rivestimento riflettente costituito da un materiale con un indice di rifrazione inferiore a quello del nucleo. Le fibre ottiche convenzionali per i laser chirurgici utilizzano quarzo puro di alta qualità come nucleo e il rivestimento riflettente può essere realizzato in quarzo drogato o polimero. Quando si utilizzano fibre con determinati tipi di radiazioni laser, che sono fortemente assorbite dal quarzo, è necessario utilizzare materiali speciali per il nucleo, come lo zaffiro, che aumenta notevolmente il costo delle fibre. Sopra la calotta riflettente è applicata una guaina protettiva in polimero. In alcuni casi, come guide luminose vengono utilizzati sottili tubi cavi con pareti in materiale riflettente.

Tale fibra può essere utilizzata per fornire radiazioni al sito di esposizione. Per fare ciò è necessario introdurre la radiazione mediante una lente nell'estremità di ingresso di una guida di luce a fibra flessibile, attraverso la quale la radiazione viene portata nella zona di impatto.

Effetti generali di sutura della radiazione laser sui tessuti biologici. L'efficacia della chirurgia laser è determinata dalla conversione dell'energia della radiazione laser in calore sulla superficie o nella profondità del tessuto. La natura di questa trasformazione dipende non tanto dai parametri fisici del raggio laser quanto (e soprattutto) dalle proprietà fisiche e morfologiche del tessuto. È l’interazione luce-tessuto il punto chiave per comprendere i fondamenti della medicina laser, in particolare della chirurgia laser. Il rapporto tra caratteristiche del tessuto e parametri laser determina la scelta del tipo di laser e termico e, di conseguenza, l'effetto chirurgico ottenuto. Allo stesso tempo, i parametri del tessuto in tale scelta sono decisivi.

La varietà delle strutture dei tessuti biologici determina la diversa natura del passaggio della luce attraverso di essi, ma gli schemi principali rimangono gli stessi. La maggior parte dei tessuti sono mezzi di diffusione della luce altamente assorbenti. Tali mezzi vengono spesso definiti torbidi. Quando la radiazione laser attraversa il tessuto, la sua intensità diminuisce, il che è determinato dal coefficiente di estinzione (dal latino estinzione - estinzione) \x. A sua volta, u = tsa + \x, dove tsa u- u5 sono i coefficienti di assorbimento (assorbimento) e di dispersione. Gli "assorbitori" di luce nei tessuti molli sono endocromofori naturali e i "diffusori" sono le cellule dei tessuti e le loro caratteristiche strutturali (morfologiche).

In effetti, la conversione della luce in calore viene effettuata principalmente sugli endocromofori naturali, sostanze che si trovano nei tessuti. Il numero di tipi di cromofori è piuttosto ampio. Tuttavia, i cromofori che svolgono un ruolo importante nella chirurgia laser sono ben noti. Si tratta di acqua, componenti del sangue, melanina e, meno comunemente, proteine, che sono di grande importanza nella chirurgia oftalmica laser. Quando la luce viene assorbita dai cromofori, la luce viene convertita, grazie alla quale la radiazione trasmessa viene attenuata. I cromofori determinano la profondità di penetrazione della luce nei tessuti e, soprattutto, il volume in cui viene rilasciata l'energia.

Va notato che la natura dell'impatto della radiazione laser sui tessuti biologici è influenzata dalla lunghezza d'onda alla quale opera il laser. Questo perché l'assorbimento della radiazione nei vari componenti del tessuto dipende fortemente dalla lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda della radiazione è quindi il suo parametro importante. In medicina vengono utilizzati dispositivi laser che generano radiazioni dall'ultravioletto (lunghezza d'onda circa 0,2 micron) al lontano infrarosso (più di 10 micron), inclusa la parte visibile dello spettro con una lunghezza d'onda della radiazione (da 0,45 a 0,7 micron).

Per l'illustrazione in fig. 1.39 mostra la dipendenza dell'assorbimento della radiazione laser nell'acqua e nel sangue intero dalla lunghezza d'onda. Vengono presentate le lunghezze d'onda della radiazione laser, sulla base dell'esperienza con cui è stato scritto questo capitolo. Per la luce verde (0,53 µm), l'assorbimento aumenta nel sangue intero e diminuisce nell'acqua. Quello dei cromofori che per questa lunghezza d'onda attenua (assorbe) più fortemente la luce laser, e determinerà il volume del tessuto riscaldato (il volume di calore rilasciato).

Pertanto, un tale cromoforo è chiamato cromoforo dominante. Ad esempio, per un laser a CO2 (10,6 µm), l'acqua è il cromoforo dominante. Il coefficiente di assorbimento ca è di circa 830 cm1, che corrisponde ad una profondità di penetrazione della luce nei tessuti di circa 50 micron (circa 0,05 mm), cioè diversi (10-15) strati cellulari. Grazie a ciò, è possibile localizzare il rilascio di energia in un volume molto piccolo di tessuto e ottenere l'inizio dell'ablazione del tessuto (evaporazione) a bassi livelli di potenza. Ciò concorda bene con i risultati sperimentali.

Per altri laser importanti per la chirurgia endoscopica, le profondità di assorbimento della luce misurate sono: per un laser YAG (granato di ittrio-alluminio attivato al neodimio) (laser YAG al neodimio con una lunghezza d'onda di 1,06 μm), da 6 a 8 mm; YAG attivato con olmio (laser YAG all'olmio con una lunghezza d'onda di 2,09 μm) - 0,5 mm, per un laser YAG al neodimio con raddoppio della frequenza (0,53 μm, luce verde) - 0,4 mm, per laser a diodi con una lunghezza d'onda di 0,81 micron - da 4 a 6 mm , con una lunghezza d'onda di 0,97 micron - da 1 a 2 mm.

Dalle informazioni di cui sopra seguono diverse importanti conclusioni per la chirurgia endoscopica:

Se è necessario riscaldare (ad esempio coagulare) una grande quantità di tessuto, allora è preferibile un laser YAG al neodimio (1,06 µm) o un laser a diodi (0,81 µm), poiché il volume del tessuto riscaldato sarà molte volte maggiore rispetto a quando si utilizzano laser a CO2.

Se è necessario eseguire un taglio preciso (di precisione) dei tessuti, è preferibile utilizzare un laser CO2. Quando si utilizza un laser di questo tipo, si verificano meno danni termici ai tessuti circostanti l'incisione e, pertanto, in futuro il tasso di guarigione della ferita sarà più elevato e la gravità delle cicatrici dei tessuti nella zona dell'incisione sarà inferiore.

Poiché la coagulazione laser è prevalentemente di natura termica (coagulazione termica), il maggiore volume di tessuto riscaldato dal laser consente la coagulazione di vasi più grandi. Pertanto, la radiazione laser che penetra più in profondità nei tessuti ha un potenziale emostatico più pronunciato. Ad esempio, un laser YAG al neodimio può coagulare vasi sanguigni fino a 3-4 mm di diametro, mentre un laser CO2 coagula in modo affidabile vasi con un diametro non superiore a 0,5 mm. I laser a diodi (0,97 µm), i laser YAG all'olmio (2,09 µm) e il laser YAG al neodimio a raddoppio della frequenza (0,532 µm) occupano una posizione intermedia tra il laser YAG al neodimio (1,06 µm) e il laser CO2 (10,6 micron) per quanto riguarda le possibilità di coagulazione. e taglio dei tessuti. Questi laser non hanno un cromoforo dominante pronunciato. Più precisamente, hanno 2 cromofori che hanno un assorbimento vicino per le loro lunghezze d'onda di generazione. Per i laser a diodi e i laser YAG all'olmio, i cromofori sono acqua e sangue, e per i laser YAG al neodimio con raddoppio della frequenza (laser verde) - sangue e melanina. Quale dei cromofori sarà dominante è spesso determinato dalla situazione operativa specifica e dipende dal grado di riempimento di sangue e acqua, dalla struttura morfologica, dal grado di colorazione dei tessuti, dalla distribuzione non uniforme delle molecole di cromoforo nel mezzo e dal grado di saturazione di ossigeno del tessuto.

Per ottenere lo stesso effetto termico (ad esempio evaporazione o coagulazione dei tessuti), sono necessari circa gli stessi costi energetici per unità di volume dei tessuti. Pertanto, quando si utilizzano radiazioni che penetrano più in profondità nei tessuti, sono necessari anche grandi costi energetici assoluti. Inoltre aumenta il rischio di effetti indesiderati sugli organi al di fuori della zona di impatto. Quando si sceglie il tipo di laser e i suoi parametri energetici (potenza, energia), si dovrebbe procedere dalle caratteristiche sopra descritte. Ecco perché i sistemi chirurgici laser con maggiore potenziale di coagulazione hanno sempre più potenza. Pertanto, i livelli di potenza dei sistemi chirurgici con laser YAG al neodimio sono di 100 W e superiori, mentre quelli con laser a CO2 sono di circa 20 W. Notiamo inoltre che, tenendo conto del “margine operativo”, vengono solitamente scelti sistemi anche più potenti, poiché maggiore è la potenza (energia) del laser, maggiore è la produttività del processo operativo (velocità di taglio, coagulazione, evaporazione ).

Riso. 1.39. Dipendenza dell'assorbimento della radiazione laser nell'acqua (linee continue) e nel sangue intero (asterischi) dalla lunghezza d'onda (a - da 0,6 a 10,6 µm, b - da 0,7 a 1,1 µm).
Lungo gli assi delle ascisse, lunghezza d'onda, µm; lungo gli assi delle ordinate - coefficienti: assorbimento, cm "1 (per acqua), mm-1 (per sangue).

È molto importante capire che l'aumento della temperatura determina effettivamente l'effetto termico e, di conseguenza, chirurgico (medico) ottenuto. Gli effetti termici nei tessuti biologici corrispondono ai seguenti intervalli di temperatura (in °C):
nessun cambiamento irreversibile — 37—45
separazione degli strati di tessuto (edema) - 45-48
saldatura dei tessuti, denaturazione delle proteine ​​- 45-60
coagulazione, necrosi, disidratazione - 60-100
evaporazione dell'acqua dei tessuti - 100
carbonizzazione (bruciore dell'idrogeno dagli idrocarburi tissutali) - 150-300
combustione ed evaporazione dei tessuti — >300

Un aumento della temperatura in un volume locale (limitato dalla profondità di assorbimento della luce) in determinate condizioni energetiche e temporali porta alla distruzione ablativa dei tessuti senza bruciatura. Ad esempio, per i laser a CO2, la densità di energia dovrebbe essere superiore a 4-5 J/cm2 e il tempo di esposizione dovrebbe essere inferiore a 1 ms. In tali condizioni, l'esposizione al laser provoca l'ebollizione del liquido surriscaldato (acqua) in un volume limitato, la formazione di un'elevata pressione di vapore (diverse volte superiore alla pressione atmosferica) e l'espulsione di frammenti di tessuto dalla zona di esposizione al laser a causa della caduta di pressione. Il taglio (ablazione) del tessuto con il laser rappresenta quindi una consistente distruzione termica del tessuto quando un fascio di luce (con i parametri necessari) si sposta da un punto all'altro del tessuto.

Caratteristiche dei vari laser utilizzati in chirurgia endoscopica

Scegliere il laser ottimale per la chirurgia endoscopica non è un compito facile. Ogni tipo di laser ha i suoi vantaggi e svantaggi, che abbiamo individuato nel corso di molti anni di lavoro.

Dispositivi basati su laser CO2. I primi strumenti di routine per i chirurghi (alla fine degli anni '60 del secolo scorso) erano i laser a CO2 (laser ad anidride carbonica). La radiazione dei laser CO2 con una lunghezza d'onda di 10,6 μm viene assorbita in uno strato di tessuto sottile (40-60 μm). Il principale assorbente è l'acqua. L'energia viene rilasciata in un piccolo volume, l'effetto di taglio si manifesta con potenze di pochi watt, il danno ai tessuti sottostanti dovuto alla penetrazione delle radiazioni è piccolo. Un ulteriore effetto di risparmio sui tessuti sottostanti si ottiene attraverso l'uso di una modalità operativa a impulsi periodici. Gli svantaggi includono un debole effetto coagulante, un costo elevato e un'efficienza insufficiente delle fibre ottiche esistenti per la trasmissione (è per tali laser che vengono utilizzate fibre cave), che rende necessario l'uso di fibre di lenti a specchio, che limitano le capacità del chirurgo.

Dall'inizio del 1998 eseguiamo interventi broncoscopici utilizzando il sistema medico laser Sharplan 1080S C02 prodotto da Sharplan Lasers, inc., che fornisce una potenza da 5 a 80 W ad una lunghezza d'onda di 10,6 µm. L'aspetto dell'apparato è mostrato in fig. 1,40. I dispositivi domestici "Lancet-1", "Lancet-2" (20 W), "Lancet-4" sono inferiori a "Sharplan 1080S" in termini di praticità e capacità, sebbene siano significativamente più economici di quest'ultimo. Come già accennato, è impossibile utilizzare guide luminose flessibili con un laser CO2 ed è possibile lavorare con una lunghezza d'onda della radiazione di 10,6 μm solo con l'ausilio di speciali broncoscopi rigidi.

Inoltre, non è possibile utilizzare l'ottica broncoscopica standard e l'unico dispositivo ottico che migliora la visibilità è una lente d'ingrandimento sull'estremità prossimale della guaina, che non può essere paragonata in efficienza a un telescopio ottico. Sfortunatamente, non esistono ancora microscopi operatori broncoscopici simili a quelli utilizzati in otorinolaringoiatria, quindi il controllo visivo quando si lavora con un laser a CO2 è significativamente peggiore rispetto a quando si utilizza, ad esempio, un laser YAG al neodimio. Inoltre, il fumo derivante dalla combustione dei tessuti, riempiendo il tubo, compromette drasticamente la visibilità e non è sempre possibile rimuoverlo rapidamente anche con l'aiuto di un aspiratore.

Un'altra caratteristica del laser CO2 è che la sua radiazione, passando attraverso il tubo dell'endoscopio, praticamente non si espande, come si osserva quando la radiazione laser esce dalle guide luminose. Di questo va tenuto conto, accendendo la radiazione e spostandola lungo il bersaglio: se il raggio laser CO2 "manca", ad esempio, passa accanto al tumore e colpisce la parete della trachea o del bronco anche molto più distalmente rispetto al punto desiderato zona di impatto, la mucosa intatta brucerà in questo luogo.

Allo stesso tempo, la possibilità di operare senza guide luminose flessibili rende il laser CO2 uno strumento più affidabile nelle mani del chirurgo e non richiede l'uso di materiali di consumo costosi e a rapido deterioramento: le guide luminose. Secondo le nostre osservazioni, la radiazione laser CO2 ha deboli proprietà emostatiche, ma a causa dell'elevato coefficiente di assorbimento dei tessuti, è in grado di sezionare ed evaporare bene il tumore e il tessuto cicatriziale anche a una potenza relativamente bassa (20-40 W); a nostro avviso è più efficace in questo caso rispetto alla radiazione di altri laser.

Riso. 1,40. Laser C02 1080S (Sharplan Lasers, inc.) con una lunghezza d'onda di 10,6 μm.

Non dovrebbe essere utilizzato solo per la resezione di tumori altamente vascolarizzati, poiché l'intersezione di un vaso più o meno grande (più di 0,5-0,8 mm) può portare a gravi emorragie. Un'alternativa può essere la coagulazione iniziale dei tessuti seguita dal taglio strato per strato o dall'uso di morsetti speciali per bloccare il sito dell'incisione. Ecco i principali vantaggi e svantaggi dei laser CO2 dal punto di vista della chirurgia endoscopica.

Vantaggi

Non sono necessarie guide luminose e il loro raffreddamento con aria o gas. Un effetto di coagulazione più superficiale e la possibilità di un intervento più preciso, ad esempio sulla laringe. Ablazione altamente efficiente con una potenza di radiazione relativamente bassa (da 10 a 40 W, 30 W in media). Proprietà di taglio ben definite.

La possibilità di regolazione flessibile dei parametri energetici del raggio laser (vari tipi di modalità continua, pulsata e combinata). La capacità di regolare in modo flessibile i parametri energetici del raggio laser attraverso l'utilizzo di accessori ottici esterni focalizzanti e defocali che funzionano secondo il principio del "focus-defocus" e consentono di controllare la densità di potenza in campo chirurgico.

Screpolatura

L'impossibilità di trasmettere radiazioni attraverso una guida luminosa flessibile e l'utilizzo con endoscopi a fibre ottiche. La necessità di strumenti broncoscopici speciali e l'impossibilità di utilizzare l'ottica standard per controllare l'ablazione dei tessuti durante l'intervento chirurgico. Aumento del fumo in campo chirurgico. Difficoltà nella rimozione e soprattutto nella coagulazione di grandi volumi di tessuto.
Proprietà emostatiche scarsamente espresse.

Dispositivi basati su laser a stato solido pompati a lampada

All'inizio degli anni '70 del XX secolo. Sono comparsi dispositivi chirurgici con laser YAG al neodimio ad alte prestazioni che generano radiazioni infrarosse con una lunghezza d'onda di 1,06 μm in modalità continua, pulsata e pulsata ripetutamente. Questi laser sono diventati il ​​secondo tipo di laser ampiamente utilizzato come bisturi.

Il vantaggio principale dei laser YAG al neodimio è la capacità di trasmettere radiazioni ad alta potenza (100 W o più) attraverso una guida luminosa al quarzo flessibile, che li ha resi strumenti ideali per operazioni endoscopiche minimamente invasive. Durante l'esecuzione degli interventi, lo strumento in fibra può essere portato in zona operatoria attraverso il canale strumentale dell'endoscopio. Ciò consente loro di essere utilizzati quando si lavora con broncofibroscopi, nonché di fornire radiazioni direttamente nell'area operativa ai tessuti e controllare il processo di coagulazione e ablazione (evaporazione) mediante l'ottica. Utilizzando vari dispositivi all'estremità di uscita (distale) della fibra di lavoro, è possibile modificare le caratteristiche spaziali della radiazione in uscita.

Quando si utilizza una fibra ottica con un'estremità piatta perpendicolare all'asse della fibra, la radiazione esce lungo la fibra sotto forma di un fascio divergente a forma di cono con un angolo all'apice del cono corrispondente all'apertura numerica della fibra (per quarzo- fibre di quarzo, circa 25°). Naturalmente, la densità di potenza della radiazione diminuisce con la distanza dell'estremità di uscita della fibra dal bersaglio. Inoltre, durante l'esposizione a distanza, parte della radiazione viene riflessa dal tessuto e può causare un'esposizione indesiderata del chirurgo, in particolare dei suoi occhi.

È possibile contattare la guida luminosa in fibra sul tessuto, per cui l'estremità distale della fibra di quarzo di lavoro ad una distanza di circa 5 mm viene pulita dalla guaina protettiva in plastica e portata a contatto con il tessuto. La presenza del contatto fisico consente di localizzare con precisione l'impatto. Il contatto con il tessuto elimina la riflessione delle radiazioni nello spazio circostante. Con una potenza di radiazione sufficiente nel punto di contatto, la fibra viene contaminata dai prodotti della combustione dei tessuti, dall'aumento della generazione di calore e dal conseguente riscaldamento dell'estremità della fibra. In questo caso, sul tessuto viene effettuato l'effetto combinato della radiazione laser e dell'estremità calda della guida luminosa.

In alcuni casi è necessario dirigere la radiazione perpendicolarmente alla fibra. Per fare ciò, utilizzare uno strumento in fibra con radiazione laterale (la cosiddetta fibra laterale), la cui estremità è lucidata con un angolo vicino a 45°. Per evitare danni all'estremità della fibra a contatto con il tessuto, sopra l'estremità distale viene posto un cappuccio protettivo in quarzo. Per poter cambiare la direzione della radiazione, sulla fibra viene posizionato uno speciale morsetto scorrevole che blocca la fibra e ne consente la rotazione attorno al suo asse.

Nella fig. 1.39, b si vede che la radiazione dei laser YAG al neodimio cade sul minimo locale di assorbimento in acqua. Questa radiazione viene assorbita nei tessuti in misura minore rispetto alla radiazione laser CO2 e può penetrare fino a una profondità di 6-8 mm, il che significa che l'energia della radiazione laser viene rilasciata in un volume maggiore. Ciò consente la distruzione di volumi relativamente grandi di tessuto tumorale e cicatriziale.

Un indubbio vantaggio di questo tipo di sistemi laser sono anche le proprietà emostatiche pronunciate. È importante notare che l'emostasi con un laser YAG al neodimio si ottiene senza un assorbimento significativo delle radiazioni da parte del sangue, come si osserva quando si utilizzano laser verdi. La radiazione di un laser YAG al neodimio provoca la denaturazione termica e l'agglomerazione delle proteine ​​dei tessuti e la contrazione delle fibre di collagene del tessuto connettivo. Questi fattori causano la compressione e l’ostruzione dei vasi sanguigni.

Oltre ai vantaggi, i laser YAG al neodimio presentano anche una serie di svantaggi che si manifestano durante gli interventi chirurgici. Si tratta principalmente della necessità di raffreddamento ad aria o gas delle fibre ottiche (soprattutto quando si trasmettono radiazioni con una potenza superiore a 40 W), senza la quale queste ultime falliscono rapidamente. Il fatto è che la maggior parte delle fibre laser utilizzate sono progettate per funzionare in modalità senza contatto della fibra con il tessuto a una distanza di lavoro tra l'estremità della fibra di quarzo e l'oggetto dell'operazione pari a diversi (1–3) millimetri . Durante l'ablazione laser, a seguito del movimento delle pareti della trachea durante la ventilazione artificiale o la tosse (se l'operazione viene eseguita in anestesia locale), l'estremità della guida luminosa entra spesso in contatto con i tessuti o si depositano sangue ed espettorato Esso. In questi casi, l'estremità della guida luminosa potrebbe bruciarsi, il che richiede la sua rapida sostituzione o riparazione.

Le caratteristiche negative dei laser YAG al neodimio dovrebbero includere anche la sensibilità del colore ai cromofori, principalmente alla melanina. Con un laser di questo tipo è impossibile eseguire il taglio rapido e l'evaporazione dei tessuti leggeri leggermente pigmentati anche alla massima densità di potenza possibile. Tuttavia, dopo che si verificano la pirolisi e la carbonizzazione (precipitazione di particelle di carbonio) degli strati superficiali del tessuto a seguito dell'esposizione termica, la radiazione laser inizia ad essere ben assorbita dai tessuti che subiscono una rapida evaporazione.

Pertanto, i processi di taglio avvengono prima con un certo ritardo nel tempo e poi con una valanga. Ciò è dovuto al fatto che quando i tessuti vengono riscaldati a una temperatura più elevata, la natura dell’assorbimento della luce da parte dei tessuti cambia (il cromoforo dominante cambia). Invece dell'acqua, il ruolo del cromoforo dominante inizia ad essere svolto dalle strutture dei tessuti disidratati e dal carbonio precipitato nella zona di impatto del laser. Chiamiamo questo fenomeno assorbimento indotto. Di seguito sono riportati i principali vantaggi e svantaggi dei laser YAG al neodimio.

Vantaggi

La possibilità di trasmettere una potente radiazione termica attraverso una guida luminosa flessibile al quarzo al sito dell'intervento e la relativa possibilità di utilizzo con endoscopi a fibre ottiche.

Capacità di controllare l'ablazione e la coagulazione utilizzando l'ottica endoscopica standard.

La capacità di penetrare in profondità nei tessuti e di coagulare e ablare volumi di tessuto relativamente grandi.

Proprietà emostatiche ben pronunciate e relativa possibilità di coagulazione di vasi sufficientemente grandi (3-5 mm di diametro).

Capacità di lavorare in modalità continua e pulsata.

Screpolatura

Pericolo di accensione delle fibre ottiche, soprattutto in caso di aumento della concentrazione di ossigeno nelle vie respiratorie.

Bruciore frequente dell'estremità distale del conduttore ottico a contatto con i tessuti coagulati.

Difficoltà nell'attuazione degli effetti di precisione superficiale (ad esempio, nella laringe).

Difficoltà di ablazione ("schermatura termica") in presenza di sangue nell'area del campo chirurgico.

La necessità di raffreddamento ad aria o gas delle fibre ottiche durante il trasporto di radiazioni potenti (più di 40 W).

Differenti sensibilità al colore per tessuti con contenuto di melanina eterogeneo (disomogeneo).

Durante il primo periodo del nostro lavoro (1992-1998), le operazioni laser sulla trachea in clinica sono state eseguite utilizzando un'unità laser basata sull'unità di potenza del laser tecnico SPIK-1 e un emettitore da un modello seriale del neodimio domestico Laser YAG Raduga-1 . Con la potenza annunciata di 100 W, questa installazione in realtà ha fornito una potenza non superiore a 40 W all'estremità della guida luminosa, che è la soglia minima necessaria per un'efficace ablazione (evaporazione) dei tessuti. Durante questo periodo, abbiamo anche effettuato test clinici sul laser domestico YAG al neodimio LASKA prodotto da Ecolab LLP.

Dall'inizio del 1998, lavoriamo con una struttura unica basata sul laser YAG al neodimio COMBO 1064/532 XJ (Fig. 1.41) prodotto da Sharplan Lasers, inc. Permette di lavorare in due gamme spettrali: con una lunghezza d'onda di 1,06 μm, una potenza di 100 W (vicino infrarosso) e 0,53 μm (verde visibile) utilizzando la conversione della radiazione laser YAG al neodimio utilizzando un cristallo KTR non lineare. Quando si lavora con i laser YAG, sono state utilizzate fibre di quarzo flessibili con un diametro del nucleo di 400 e 600 μm e un manicotto metallico all'estremità distale. Il loro raffreddamento veniva effettuato fornendo anidride carbonica da una bombola o aria ambiente mediante un compressore. L'unicità di questo sistema è dovuta al fatto che è l'unico modello di dispositivo medico al mondo che consente di creare in un unico dispositivo una potenza all'estremità distale della guida luminosa di oltre 100 W nella gamma degli infrarossi e circa 40 W (!) nella zona verde.

Riso. 1.41. Laser YAG al neodimio "COMBO 1064/532 XJ" ("Sharplan Lasers, inc.") con una lunghezza d'onda di 1,064 e 0,532 μm.

La nostra esperienza con la radiazione verde (0,53 μm) di un laser YAG al neodimio con raddoppio della frequenza è relativamente piccola, tuttavia, possiamo notare un effetto più superficiale di questa radiazione sui tessuti, un taglio piuttosto elevato e buone proprietà coagulative ed emostatiche dovute alle peculiarità di l'interazione della luce verde con i tessuti. Come notato sopra, i cromofori dominanti nella regione verde dello spettro sono componenti del sangue, ma anche il coefficiente di diffusione della luce da parte dei tessuti in questo intervallo spettrale è elevato. Pertanto, il coefficiente di assorbimento è di circa 15 cm~", e il coefficiente di diffusione è di circa 500 cm-1. Pertanto, la profondità del rilascio di energia luminosa nei tessuti è di circa 0,5 mm (a seconda del grado di vascolarizzazione dei tessuti), il che lo rende difficile rimuovere grandi quantità di tessuto, ma consente di eseguire l'ablazione in modo più preciso (con una minore area di termonecrosi) e, quindi, con maggiore parsimonia, cosa importante quando si eseguono interventi sulla laringe o nello spazio sottoglottico della trachea .

Notiamo inoltre che a causa della piccola profondità di penetrazione della radiazione verde nei tessuti, una potenza di circa 40 W all'estremità distale del conduttore di luce diventa addirittura eccessiva per il tipo di interventi endoscopici da noi eseguiti. Gli svantaggi includono un colore verde molto brillante della radiazione, che richiede l'uso di speciali filtri luminosi protettivi che cambiano radicalmente il colore del campo chirurgico e rendono difficile la navigazione nei tessuti e l'esecuzione dell'operazione nel suo complesso. Ecco le caratteristiche del lavoro con la radiazione laser nella gamma verde (0,53 micron):
Possibilità di trasmissione delle radiazioni attraverso una guida luminosa flessibile e utilizzo con endoscopi a fibre ottiche. Ablazione altamente efficiente con potenza di radiazione relativamente bassa (da 2 a 40 W).

Elevato coefficiente di assorbimento dei tessuti (soprattutto quelli contenenti emoglobina) e coefficiente di diffusione della luce e buon effetto emostatico associato. Un effetto più superficiale sui tessuti e la possibilità di un intervento più preciso (ad esempio sulla laringe) con una piccola area di termonecrosi, più grande che con il laser CO2, ma molto più piccola che con il laser YAG al neodimio. Capacità di lavorare in modalità costante, a impulsi e a impulsi periodici.

La necessità di lavorare con occhiali protettivi con filtri che distorcono notevolmente la riproduzione dei colori.

La necessità di modificare la natura dell'interazione della radiazione laser con i tessuti biologici per risolvere problemi medici urgenti ha portato alla comparsa di dispositivi con laser che utilizzano altri mezzi cristallini. Pertanto, abbiamo effettuato un'approvazione clinica del laser chirurgico STN-10 (laser YAG all'olmio con una lunghezza d'onda di 2,09 μm) prodotto da Khore JSC (ora ZAO MedOptoTech), operante in modalità pulsata ripetitiva.

La radiazione laser con una lunghezza d'onda di 2,09 μm colpisce il massimo assorbimento locale nell'acqua (vedere Fig. 1.39, a), quindi fornisce un buon effetto di taglio, l'assorbimento della radiazione è vicino a quello della radiazione con una lunghezza d'onda di 10,6 μm, tuttavia, a differenza di quest'ultimo, è ben trasmesso attraverso guide luminose realizzate in quarzo "drenato".

La modalità di funzionamento a impulsi e l'elevata potenza di picco (oltre 4 kW), la breve durata degli impulsi di radiazione (circa 250 μs) e una velocità di ripetizione sufficientemente elevata (circa 20 Hz) forniscono buone proprietà di taglio del laser. Va notato un buon assorbimento della radiazione da parte dei tessuti e una profondità di penetrazione relativamente piccola (0,5 mm) rispetto a quella dell'utilizzo del laser YAG al neodimio, che provoca un effetto più superficiale e un minor danno ai tessuti circostanti, che è accompagnato dal assenza di una cicatrice ruvida durante la guarigione della ferita laser, ma non consente la coagulazione e la rimozione simultanea di grandi volumi di tessuto.

Anche l'emostasi è abbastanza efficace e non si verifica a causa della coagulazione termica del sangue, ma come risultato della torsione dei capillari e della loro compressione, che riduce la probabilità della formazione e della separazione di grandi coaguli di sangue. Il laser YAG all'olmio, a nostro avviso, è migliore da utilizzare per i cambiamenti cicatriziali nella laringe che per la stenosi tracheale massiccia. Di seguito sono riportati i principali vantaggi e svantaggi dei laser YAG all’olmio.

Vantaggi

Assorbimento della luce sufficientemente elevato nei tessuti e ablazione e coagulazione efficaci dei tessuti con una potenza di radiazione media relativamente bassa.

Buona trasmissione della radiazione attraverso una fibra di quarzo flessibile con autopulizia dell'estremità distale della fibra sotto l'influenza di radiazioni pulsate ripetutamente (effetto autopulente).

Possibilità di un impatto più superficiale, e quindi più preciso, rispetto a quando si lavora con un laser YAG al neodimio.

Screpolatura

Mancanza di funzionamento continuo (è possibile solo il funzionamento a impulsi).

La necessità di raffreddare le fibre ottiche e il pericolo concreto della loro accensione con aumento della concentrazione di ossigeno nelle vie respiratorie.

Spesso profondità insufficiente dell'ablazione dei tessuti e difficoltà nella rimozione di grandi volumi di tessuto.

Eccessiva carbonizzazione dei tessuti coagulati quando si utilizzano laser a bassa pulsazione e medie potenze (inferiori a 20 W).

La necessità di utilizzare guide luminose speciali in quarzo "drenato".

Dispositivi basati su laser a semiconduttore

Nel 1962 furono creati i primi laser a semiconduttore (diodi laser), che avevano un'elevata efficienza e dimensioni ridotte. Purtroppo per molto tempo è rimasto un problema ottenere con il loro aiuto livelli di potenza di uscita sufficienti per un intervento chirurgico e una durata di servizio accettabile. Solo nell'ultimo decennio del XX secolo apparvero i laser a semiconduttore ad alta potenza e iniziarono rapidi progressi nell'aumento dell'efficienza, dell'affidabilità e dei livelli di potenza di uscita realizzabili, riducendo al contempo i costi. Attualmente, sulla base della Russia, viene prodotto in serie un gran numero di dispositivi che superano significativamente nelle loro caratteristiche operative (basso costo, basso consumo energetico, peso e dimensioni, elevata affidabilità e durata, assenza di alte tensioni) i dispositivi basati su laser a gas e laser a stato solido con lampada pompata.

I dispositivi laser a semiconduttore più utilizzati con lunghezze d'onda di 0,81 e 0,97 micron. Per: hai proprietà vicine a quelle dei laser YAG al neodimio. Questi ultimi, grazie alla profondità di assorbimento di 1-2 mm, uniscono buone proprietà taglianti e coagulanti. Allo stesso tempo, esiste una limitazione fondamentale per tali dispositivi che impedisce il miglioramento delle loro caratteristiche. L'elevata divergenza della radiazione generata dai diodi laser ad alta potenza non consente a questa radiazione di essere introdotta nelle fibre sottili e, di conseguenza, di creare un'elevata densità di potenza all'uscita della fibra.

Attualmente il valore limite è di circa 30 W di radiazione continua in una guida luminosa con un diametro di 0,4 mm e un'apertura numerica di 0,2. Questo non deve essere considerato un valore piccolo: tali caratteristiche sono sufficienti per la perforazione ossea nel trattamento dell'osteomielite e, in termini di efficienza di taglio, tali laser non sono inferiori ai laser YAG al neodimio con una potenza di uscita di circa 60 W. Abbiamo effettuato l'approvazione clinica del bisturi laser LS-0.97 (IRE-Polyus, Russia) con una potenza di uscita fino a 20 W, che fa parte di una famiglia di dispositivi approvati per la produzione in serie, fabbricati con il nome specificato LSP IRE-Polyus (Fig. 1.42 ). L'utilizzo di questo tipo di laser in chirurgia endoscopica si è dimostrato promettente, ma la sua potenza a volte è risultata insufficiente. Con l'aumento della potenza di uscita delle radiazioni, tali dispositivi sono diventati un serio concorrente dei laser YAG al neodimio.

Riso. 1.42. Laser a semiconduttore portatile LSP "IRE-Polyus" (Russia).

Ecco le caratteristiche di un laser a semiconduttore con lunghezza d'onda di 0,97 μm rilevate durante gli interventi endoscopici (i laser con lunghezza d'onda di 0,81 μm hanno quasi le stesse caratteristiche di quelli con lunghezza d'onda di 1,06 μm):

• Possibilità di trasmissione delle radiazioni attraverso una guida luminosa flessibile e utilizzo con endoscopi a fibre ottiche.
• Combinazione di buone proprietà di taglio e coagulazione.
• Capacità di lavorare in modalità continua, a impulsi e a impulsi periodici.
• Alta affidabilità, controllo facile, costo relativamente basso, nessuna necessità di un potente alimentatore. Le dimensioni ridotte facilitano l'integrazione del dispositivo in un rack endoscopico.

In conclusione, esaminiamo brevemente le ulteriori prospettive di utilizzo della tecnologia laser in chirurgia endoscopica, in particolare endotoracica.

Attualmente è stato raggiunto il livello necessario di comprensione della natura dell'impatto della radiazione laser con diverse lunghezze d'onda su vari tessuti biologici. Vengono formulati i principali requisiti medici e tecnici per le apparecchiature endochirurgiche laser, vengono mostrati i vantaggi e gli svantaggi dei laser di vario tipo a livello clinico, le caratteristiche operative ed ergonomiche dei sistemi laser vengono notevolmente migliorate, metodi efficaci per l'utilizzo delle apparecchiature laser nella pratica clinica vengono sviluppati, i laser avanzati vengono ampiamente testati, ecc.

Date le realtà dell’assistenza sanitaria domestica, non ci soffermeremo su opzioni costose, come i laser a elettroni liberi, e prenderemo in considerazione laser più convenienti. Fino all'avvento di guide luminose efficienti, abbiamo messo da parte le discussioni sui laser a CO2 e sui laser a CO, soprattutto da quando sono comparsi dispositivi basati su laser a fibra: laser su una fibra attivata dal tulio con una lunghezza d'onda operativa
1,9 µm. Questa radiazione cade sul massimo di assorbimento locale nell'acqua, la natura dell'effetto sui tessuti è simile all'azione della radiazione con una lunghezza d'onda di 10,6 μm e può essere trasmessa attraverso una fibra di quarzo “secco”.

Inoltre, sono stati sviluppati e approvati per l'uso laser a fibra operanti a una lunghezza d'onda di 1,56 μm (fibra attivata da erbio) e 1,06 μm (fibra attivata da itterbio). Le potenzialità di questi laser sono testimoniate dal fatto che nelle versioni industriali in modalità cw monomodale sono state raggiunte potenze rispettivamente di oltre 600 e 150 W. Allo stesso tempo, tali laser sono molto più efficienti e affidabili e hanno dimensioni più piccole rispetto ai laser su cristalli. Inoltre, lo sviluppo delle tecnologie delle fibre ha permesso di creare dispositivi medici che utilizzano due radiazioni controllate indipendentemente con diverse lunghezze d'onda e l'emissione della radiazione può essere effettuata sia attraverso fibre separate che attraverso una fibra funzionante. Tali dispositivi consentono al chirurgo di modificare la natura dell'effetto sui tessuti a seconda dell'attuale compito dell'intervento chirurgico (e questo non è più difficile che scegliere la temperatura dell'acqua dal rubinetto).

L’analisi dell’utilizzo dei diversi sistemi laser nella chirurgia generale, nonché l’esperienza accumulata in oltre 10 anni nell’uso dei laser YAG al neodimio e dell’olmio, dei laser YAG con raddoppio della frequenza e dei laser CO2 nella chirurgia endotracheale pratica, ci permette di guardare con ottimismo verso il futuro della chirurgia laser.

SONO. Shulutko, A.A. Ovchinnikov, OO Yasnogorodsky, I.Ya. Mogus

Dalla creazione del primo laser da parte di Maiman nel 1960, i sistemi laser sono diventati ampiamente utilizzati in vari campi della scienza, inclusa la pratica medica quotidiana. La parola laser (laser) è un acronimo composto dalle lettere iniziali di parole che indicano il principio del suo funzionamento: l notte UN amplificazione di S simulato E missione di R adiazione - amplificazione della luce mediante emissione stimolata. Negli ultimi anni, il numero dei diversi laser è aumentato in modo significativo, ma tutti i dispositivi laser sono costituiti da tre componenti principali: una fonte di energia, un mezzo attivo e una cavità laser. Il raggio laser ottenuto per emissione stimolata a seguito di molteplici riflessioni di luce tra gli specchi della cavità laser ha le seguenti tre proprietà specifiche:

• coerenza- tutte le onde del raggio laser hanno la stessa fase;
• collimazione(direttività) - una divergenza molto piccola dei raggi del raggio laser anche a grandi distanze, ad es. travi quasi parallele;
• monocromatico- tutte le onde hanno la stessa lunghezza e frequenza (banda spettrale della radiazione estremamente stretta).

Il meccanismo della fotocoagulazione selettiva consiste nell'assorbimento selettivo dell'energia laser di una certa lunghezza d'onda da parte di vari componenti dei tessuti biologici, che porta alla loro distruzione selettiva senza causare danni al tessuto circostante. Nel trattamento della patologia della genesi vascolare, i laser a diodi ad alta energia, che generano un raggio nell'intervallo dei picchi di assorbimento dell'emoglobina e della carbossiemoglobina (810-980 nm), hanno trovato l'applicazione principale. Nella nostra pratica di trattamento complesso delle malattie vascolari, utilizziamo il laser a diodi Medilas D Skin Puls S (Dornier, Germania) con una lunghezza d'onda di 940 nm (Fig. 1).

Figura 1. Laser a diodi Medilas D Skin Puls S

Il laser a diodo viene utilizzato nelle seguenti patologie:

Displasie vascolari:

• macchie di vino
• displasia venosa e artero-venosa
• linfangiomatosa, displasia mista

Emangiomi

• capillare
• cavernoso

Teleangectasie sul viso

Stelle vascolari

Angiomi delle labbra della bocca:

• piccolo
• grande

Emangiomi senili

Vene varicose degli arti inferiori:

• sistema della grande vena safena (GSV).
• sistema della piccola vena safena (SSV)
• forme miste

Tromboflebite delle vene varicose:

• sezioni dei pozzi principali (BPV e/o SRW)
• rami dei tronchi principali
• forme miste

La malattia delle vene varicose degli arti inferiori (VVVNK), essendo una delle malattie più comuni, è accompagnata da una vasta gamma di manifestazioni di natura funzionale e organica, difetti estetici, peggiorando significativamente la qualità della vita dei pazienti. L'elevata morbilità degli interventi tradizionali per VLEV, un lungo periodo di disabilità postoperatoria, un aumento del numero di pazienti operati ogni anno, determinano il significato medico e sociale di questo problema. L’eliminazione dello shunt veno-venoso alto e delle vene varicose principali nel sistema della grande vena safena (GSV) è l’obiettivo principale del trattamento nella stragrande maggioranza dei pazienti con VLVLE. Nella pratica quotidiana, per risolverlo, l'operazione Babcock viene solitamente utilizzata nella sua forma classica o in modifiche più moderne (flebectomia con inversione, PIN stripping, crioflebectomia, ecc.). Tuttavia, i metodi con sonda per rimuovere una vena sono traumatici, gli affluenti venosi spesso soffrono, le vene comunicanti si rompono, i collettori linfatici e i tronchi nervosi vengono danneggiati, estesi ematomi nel canale della VGS e il grasso sottocutaneo della coscia causano dolore postoperatorio prolungato e rallentano il ritmo di riabilitazione medica e sociale dei pazienti.

Ecco perché, tenendo conto delle tendenze attuali nello sviluppo della flebologia, lo sviluppo e l’implementazione di tecnologie fondamentalmente nuove per il trattamento delle vene varicose principali sono di grande importanza. La coagulazione laser endovenosa (EVLK) delle vene varicose con un laser a diodi ad alta energia 940 nm Dorier Medilas D Skin Pulse S è un'alternativa ai metodi tradizionali di trattamento chirurgico con sonda. Secondo vari autori, l'EVLT determina un'occlusione vascolare del 95%, che è un risultato relativamente buono rispetto alla chirurgia classica. Le procedure possono essere eseguite in regime ambulatoriale o in ospedale, sotto infiltrazione locale, conduzione o anestesia endovenosa. Nella versione classica, secondo il metodo descritto da Proebstle et al., nel malleolo mediale o nel terzo superiore della gamba lungo la superficie mediale sotto controllo visivo e palpatorio o sotto controllo ecografico, si perfora il tronco della VGS con un ago da puntura spesso (16-18G), un filo a J metallico flessibile, quindi un catetere per angiografia convenzionale 5-6F (Cook, Cordis). Si rimuove il filo guida e attraverso il catetere viene inserita una guida luminosa flessibile, del tipo AngioSpot, del diametro esterno di 1 mm, collegata ad un laser a diodi. In condizioni di intensa infiltrazione dei tessuti paravasali, la coagulazione laser viene eseguita in modalità pulsata, mentre il catetere con guida luminosa viene rimosso con incrementi di 3-5 mm al secondo (per impulso) (Fig. 2). La durata della manipolazione EVLT stessa non supera i 3,5-4,5 minuti, la durata totale della procedura è in media di 60 minuti.

Figura 2. Stadio EVLT del tronco GSV su n/3 della gamba.

Il meccanismo dell'EVLT su un modello sperimentale è stato studiato da Proebstle et al. (2003) dall'Ospedale Universitario di Magonza (Germania). Questo studio ha mostrato la perforazione delle pareti venose nell’area di esposizione diretta al laser e danni termici alle sezioni adiacenti delle pareti venose. L'autore ritiene che l'effetto del danno termico (e, di conseguenza, dell'occlusione della vena trombotica) sia dovuto alla formazione di bolle di vapore durante l'esposizione al laser. In questo caso, il sangue è un cromoforo che assorbe l'energia della radiazione laser. I risultati dello studio morfologico indicano la presenza di necrosi coagulativa locale dell'endotelio, che a sua volta è la base per la formazione di trombosi occlusiva della vena coagulata. Tale patogenesi della trombosi teoricamente non richiede la liberazione della vena dal sangue e non limita il diametro della vena coagulata.

Nella nostra pratica utilizziamo l’EVLK non come metodo isolato, ma in combinazione con la crossectomia tradizionale e la miniflebectomia. Questa combinazione aumenta la radicalità dell'intervento e riduce la percentuale di possibili recidive, oltre a consentire l'applicazione del metodo per la tromboflebite dei principali tronchi venosi e delle vene varicose.

Dopo il completamento dell'operazione, viene eseguita la fasciatura elastica dell'arto fino a un giorno. In futuro, la calzetteria compressiva verrà utilizzata per un periodo massimo di 1 mese o più, a seconda della gravità dei cambiamenti patologici nelle vene. Nel primo periodo postoperatorio, allo scopo di alleviare il dolore, vengono prescritti farmaci antinfiammatori non steroidei (diclofenac, chetonale), nonché per la prevenzione della tromboflebite, eparine a basso peso molecolare (fraxiparina, clexano) in dosi profilattiche per fino a 5 giorni. Dal primo giorno di osservazione postoperatoria si osserva una leggera iperemia lungo la vena coagulata, alla palpazione si rileva un cordone denso moderatamente doloroso, in alcuni casi uno stato subfebbrile la sera. Gli interventi vengono eseguiti nell'ambito di un “one day Hospital” e l'85% dei pazienti è pronto a lasciare la clinica entro 24 ore dall'intervento, il che suggerisce una significativa riduzione dell'invasività dell'intervento.

Non si osservano complicazioni gravi derivanti dall'uso dell'EVLT. In rari casi, lungo le vene coagulate si notano tromboflebiti frammentarie, parestesie transitorie lungo la superficie mediale della parte inferiore della gamba e del piede, iperpigmentazione lungo la vena per 2-3 mesi, che vengono facilmente eliminate con i metodi conservativi convenzionali.

Così:

• Il metodo EVLK è un’alternativa minimamente invasiva alla flebectomia tradizionale.
• L'EVLT è applicabile in tutti gli stadi della VLVLE per la coagulazione del GSV e del SSV, dei loro affluenti, nonché per le vene di grande diametro. È applicabile anche in presenza di tromboflebiti con crossectomia preliminare obbligatoria.
• L'utilizzo dell'EVLT riduce significativamente il trauma chirurgico, determina una bassa percentuale di complicanze postoperatorie e riduce la durata della degenza del paziente in ospedale.

Una delle manifestazioni più frequenti dell'insufficienza venosa cronica è lo sviluppo di teleangectasie: "stelle", "reti", "ragni" vascolari visibili sulla pelle ad occhio nudo. Il diametro dei vasi sanguigni normali nella pelle è di circa 20 micron. I vasi dilatati, con un diametro di 100 micron (0,1 mm) o più, formano teleangectasie. Il termine telangiectasia deriva da tre parole latine: tel, angio, ectasia, che denotano la punta espansa del vaso. Circa l'80% delle persone che soffrono di vene varicose hanno le cosiddette "vene varicose". Spesso si trovano non solo sulle gambe, ma anche sul collo e sul viso. Le vene varicose, il reticolo e le vene varicose si riscontrano più spesso nelle donne, che sono le più sensibili a questo tipo di difetti estetici. A questo proposito, le questioni relative al trattamento sono di particolare importanza. Attualmente, i metodi più efficaci per trattare tali condizioni sono la scleroterapia compressiva e la coagulazione laser percutanea (PCL) utilizzando il laser a diodi Medilas D Skin Pulse S. L'erogazione dell'energia laser durante il PLC viene effettuata da un attacco di focalizzazione manuale con elementi ottici sostituibili del tipo AngioSpot, che fornisce una dimensione del punto focale di 0,5; 1,0; 1,5 mm (Fig.3) .

Figura 3. Fotocoagulazione laser percutanea delle teleangectasie sulla parte inferiore della gamba.

La dimensione del punto focale durante il trattamento deve essere selezionata secondo le indicazioni. Il trattamento dei vasi di grandi dimensioni è molto più rapido con uno spot grande, mentre i vasi piccoli e piccoli vengono più spesso trattati con una macchia focale piccola, consentendo un trattamento preciso. Le tabelle 1 e 2 mostrano i parametri tipici per il trattamento delle tleangectasie, a seconda della loro dimensione e localizzazione:

Tabella 1: Parametri tipici per il trattamento delle lesioni vascolari superficiali (teleangectasie facciali)

Diametro del vaso (mm)	Diametro del punto (mm)	Durata dell'impulso (SM)	Densita 'energia (J/cm2)
0,1-0,3		30-40
0,3-0,6		40-50
>0,6		60-70

Tabella 2: Parametri tipici per il trattamento della malattia vascolare profonda (teleangectasia degli arti inferiori)

Diametro del vaso (mm)	Diametro del punto (mm)	Durata dell'impulso (SM)	Densita 'energia (J/cm2)
<0,3		30-40	500-800
0,3-0,6		50-60	300-360
>0,6		60-70

Durante la procedura può verificarsi un dolore moderato, che praticamente non richiede anestesia, in rari casi può essere offerta l'anestesia locale con crema Emla, nella nostra pratica utilizziamo il raffreddamento locale con ghiaccio. Il processo di trattamento inizia con la selezione della densità energetica ottimale, alla quale il trattamento è visivamente accompagnato dalla scomparsa o dal forte sbiancamento della nave. Le navi vengono elaborate dalla periferia al centro con un passo di 1-2 mm per 1-2 transizioni. Circa 5 minuti dopo la fine della procedura, sulla pelle appare un rossore che scompare dopo 3-6 ore. Non viene applicata la compressione elastica dopo l'applicazione del PLC. Autori americani hanno valutato l'efficacia della compressione dopo PLC per le teleangectasie degli arti inferiori e non hanno evidenziato differenze statisticamente significative nei risultati del trattamento con e senza compressione. Come risultato del trattamento, il grado di purificazione del 75-100% per la localizzazione sugli arti inferiori è osservato in circa il 95% dei pazienti. La maggior parte dei vasi scompaiono dopo la prima seduta di trattamento, tuttavia, la rimozione della maggior parte dei vasi può richiedere 2, 3 o anche 4 sedute. La scomparsa completa o quasi completa delle teleangectasie facciali si osserva nel 90% dei pazienti. I vasi dilatati delle guance si trattano senza problemi, più difficile è trattare le teleangectasie localizzate sulle ali del naso.

Con parametri opportunamente selezionati, gli effetti collaterali sono moderati e reversibili:

1. Bruciore nell'area della procedura per 1-2 ore.
2. Iperemia e moderato gonfiore della pelle durante il giorno.
3. Ipopigmentazione per diverse settimane.
4. Formazione di croste puntate che scompaiono entro 7 giorni.

Nel caso di vasi con diametro superiore a 1,5 mm, la scleroterapia rimane il metodo più efficace. Una sapiente combinazione di questi due metodi dà un risultato cosmetico buono e stabile.

Il laser a diodi viene utilizzato con grande successo anche nel trattamento delle malattie vascolari congenite (CVD - disturbi vascolari congeniti), come ad esempio le patologie più comuni di questo gruppo: macchie vinose ed emangiomi capillari. Queste patologie vascolari colpiscono dall'1 al 3% della popolazione, oltre al rischio di complicanze, queste patologie sfigurano notevolmente il paziente, sono una fonte costante di disagio psicologico, soprattutto nei bambini e negli adolescenti. Il trattamento si basa sul concetto di fototermolisi selettiva dei vasi anomali che formano macchie vinose ed emangiomi, senza danneggiare la pelle stessa. La coagulazione laser viene eseguita utilizzando il metodo punto per punto. Potrebbero essere necessarie più sedute con un intervallo di 2-3 mesi l'una dall'altra. Dopo l'intervento le zone trattate si schiariscono, il terzo giorno si ricoprono di una crosta, dopo una settimana le croste scompaiono e rimane una macchia rosa o rossa, che dura da una settimana e mezza a due settimane, poi la macchia diventa brunastro e rimane tale per un'altra settimana e mezza o due. Dopo 2-3 mesi la zona trattata acquisisce il colore caratteristico della pelle del paziente.

Si può quindi affermare che le tecnologie laser hanno trovato stabile applicazione in medicina, compresa la chirurgia vascolare ed estetica. Tuttavia, per poter esprimere un giudizio definitivo sulle reali possibilità del laser e sulle indicazioni per questo metodo, sono necessari un ulteriore accumulo di materiale clinico e lo studio dei risultati a lungo termine degli interventi.

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introduzione

La luce è stata utilizzata per trattare una varietà di disturbi da tempo immemorabile. Gli antichi greci e romani spesso "prendevano il sole" come medicina. E l’elenco delle malattie che venivano attribuite al trattamento con la luce era piuttosto ampio.

La vera alba della fototerapia arrivò nel 19° secolo: con l'invenzione delle lampade elettriche apparvero nuove opportunità. Alla fine del XIX secolo si tentò di curare il vaiolo e il morbillo con la luce rossa, ponendo il paziente in una camera speciale con emettitori rossi. Inoltre, vari "bagni di colore" (cioè luce di vari colori) sono stati utilizzati con successo per curare le malattie mentali. Inoltre, all'inizio del XX secolo, la posizione di leader nel campo della fototerapia era occupata dall'Impero russo.

Ma l'uso dei raggi laser in agopuntura non è limitato ai bambini, sono numerosi gli adulti che hanno paura dell'ago, sebbene l'applicazione sia completamente indolore. Le connessioni dell'antica tradizione della medicina cinese con la tecnologia moderna completano l'esperienza mondiale.

Lo scopo dell'uso dell'elettronica nell'agopuntura è quello di potenziare e, soprattutto, accelerare l'effetto analgesico, così necessario in caso di dolore intenso, quando il paziente ha bisogno di un sollievo immediato dal suo dolore. Vale la pena ricordare che l'agopuntura non ha solo lo scopo di fermare il dolore, ma risolve la causa del male. L'uso dell'agopuntura elettronica è nato per poter agire più rapidamente sui dolori forti.

All'inizio degli anni sessanta apparvero i primi dispositivi medici laser. Oggi, le tecnologie laser sono utilizzate in quasi tutte le malattie.

1. Basi fisiche per l'uso della tecnologia laser in medicina

1.1 Come funziona il laser

I laser si basano sul fenomeno dell'emissione stimolata, la cui esistenza fu postulata da A. Einstein nel 1916. Nei sistemi quantistici con livelli energetici discreti, esistono tre tipi di transizioni tra stati energetici: transizioni indotte, transizioni spontanee e rilassamento non radiativo. transizioni. Le proprietà dell'emissione stimolata determinano la coerenza dell'emissione e dell'amplificazione nell'elettronica quantistica. L'emissione spontanea provoca la presenza di rumore, funge da impulso seme nel processo di amplificazione ed eccitazione delle oscillazioni e, insieme alle transizioni di rilassamento non radiativo, svolge un ruolo importante nell'ottenimento e nel mantenimento di uno stato radiante termodinamicamente non-equilibrio.

I dispositivi che utilizziamo per l'agopuntura elettronica hanno impostazioni di intensità, frequenza e tipo di onda elettronica in modo da poter adattare la corrente elettronica all'effetto desiderato in ciascun caso. La scoperta del raggio laser è associata a Theodore Maiman, un fisico californiano.

Il primo scienziato a studiare questa tecnologia fu Albert Einstein. Successivamente, Shawlow e Townes ricevettero il Premio Nobel per la ricerca sulla natura degli atomi e delle molecole, formulando per primi i principi del Laser. Ci sono nuove sostanze che vengono studiate. A quel tempo, i chirurghi erano entusiasti delle numerose possibilità offerte dallo strumento.

Con le transizioni indotte, un sistema quantistico può trasferirsi da uno stato energetico ad un altro sia con l'assorbimento di energia del campo elettromagnetico (transizione da un livello energetico inferiore a uno superiore) sia con l'emissione di energia elettromagnetica (transizione da un livello energetico superiore a uno superiore). uno inferiore).

La luce si propaga sotto forma di onda elettromagnetica, mentre l'energia durante l'emissione della radiazione e l'assorbimento è concentrata in quanti di luce, mentre l'interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, come dimostrò Einstein nel 1917, insieme all'assorbimento e all'emissione spontanea, radiazione stimolata (indotta), che costituisce la base per lo sviluppo dei laser.

Lo sviluppo delle apparecchiature laser è stato enorme e gli strumenti sono considerati una tecnologia all'avanguardia. Si trovava in città per seguire un seminario e, mentre aspettava che gli servissero il caffè, si sedette su una delle panchine di Franklin Square, dettando un problema che lo tormentava da tempo: come ottenere l'emissione di onde ultracorte ad una velocità frequenza superiore a quella del radar.

Credeva che questa radiazione sarebbe stata di eccezionale valore per la misurazione e l'analisi fisico-chimica. Il giovane insegnante era Charles Hard Townes, nato a Greenville, nella Carolina del Sud, il 28 luglio. Si è laureato alla Duke University nel suo paese d'origine e ha conseguito il dottorato di ricerca presso il California Institute of Technology.

Amplificazione delle onde elettromagnetiche dovuta all'emissione stimolata o all'avvio di oscillazioni autoeccitate di radiazione elettromagnetica nella gamma delle onde centimetriche e quindi la creazione di un dispositivo chiamato maser(amplificazione delle microonde mediante emissione stimolata di radiazioni), fu implementato nel 1954. A seguito di una proposta (1958) di estendere questo principio di amplificazione a onde luminose molto più corte, nel 1960 il primo laser(Amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione).

L'ideatore della Teoria della Relatività ha pubblicato quest'anno uno studio sull'effetto amplificante che si potrebbe ottenere con l'emissione stimolata di radiazioni. Fino ad allora, tutte le emissioni che una persona poteva produrre erano onde radio: troppo ampie per gli esperimenti?

Townes suggerì che sarebbe stato possibile convertire le vibrazioni delle molecole racchiuse in una scatola risonante, o qualcosa di simile, in radiazioni e che tale radiazione stimolata potesse essere amplificata. Ma quando arrivò in seminario ed espose in piazza le idee che aveva sollevato quella mattina, ricevette poca attenzione.

Il laser è una sorgente luminosa con la quale è possibile ottenere radiazioni elettromagnetiche coerenti, a noi note dalla radioingegneria e dalla tecnologia delle microonde, nonché nelle regioni spettrali delle onde corte, in particolare dell'infrarosso e del visibile.

1.2 Tipi di laser

I tipi esistenti di laser possono essere classificati in base a diversi criteri. Innanzitutto secondo lo stato di aggregazione del mezzo attivo: gas, liquido, solido. Ognuna di queste grandi classi è divisa in più piccole: in base alle caratteristiche del mezzo attivo, al tipo di pompaggio, al metodo per creare l'inversione e così via. Ad esempio, tra i laser a stato solido, spicca abbastanza chiaramente un'ampia classe di laser a semiconduttore, in cui il pompaggio ad iniezione è più ampiamente utilizzato. Tra i laser a gas si distinguono i laser atomici, ionici e molecolari. Un posto speciale tra tutti gli altri laser è occupato dal laser a elettroni liberi, che si basa sul classico effetto della generazione di luce da parte di particelle cariche relativistiche nel vuoto.

Il giovane scienziato, senza contare la sua delusione, si è imbattuto in un problema discusso con i suoi studenti alla Columbia University e ha iniziato a testare utilizzando varie fonti della molecola di radiazione. Tre anni dopo, ottenne i primi risultati con il gas di ammoniaca, le cui molecole vibravano 24 miliardi di volte al secondo, rendendole suscettibili di essere convertite in onde di mezza lunghezza di 2 mm.

Riferendo le molecole all'apposito stimolo elettromagnetico, Townes seguì la valanga di elettroni, che aumentarono notevolmente e originaria. Come ha affermato lo stesso Townes, è stato dalle discussioni con i suoi studenti alla Columbia che è emerso un nuovo vocabolario. Abbiamo scelto, dice, il nome di un maser per l'amplificazione delle microonde simulando la radiazione.

1.3 Caratteristiche della radiazione laser

La radiazione laser differisce dalle sorgenti luminose convenzionali nelle seguenti caratteristiche:

Elevata densità di energia spettrale;

Monocromatico;

Elevata coerenza temporale e spaziale;

Elevata stabilità dell'intensità della radiazione laser in modalità stazionaria;

Offriamo inoltre anche per scherzo, inara, amplificazione infrarossa, amplificazione laser della luce mediante emissione stimolata e raggi X. Solo il maser e il laser hanno avuto successo. Mather scoprì gradualmente la sua straordinaria utilità, superò i migliori amplificatori radio e si permise la comunicazione astronomica e il rilevamento delle attivazioni delle stazioni radio stellari.

Negli stessi anni in cui Taus stava costruendo sui principi maser, i fisici sovietici Aleksandro Mikhailovich Prokhorov e Nikolai Gennadievich Basov arrivarono a Mosca con risultati simili. Il percorso di ricerca è ora aperto a tutti. Il testo suscitò grande interesse per la creazione di uno strumento che sarebbe stato conosciuto come laser.

La capacità di generare impulsi luminosi molto brevi.

Queste proprietà speciali della radiazione laser gli forniscono una varietà di applicazioni. Sono determinati principalmente dal processo di generazione della radiazione per emissione stimolata, che è fondamentalmente diverso dalle sorgenti luminose convenzionali.

Le caratteristiche principali del laser sono: lunghezza d'onda, potenza e modalità di funzionamento, che può essere continua o pulsata.

Invece di un gas come l’ammoniaca, Maiman fornì un cilindro di rubino sintetico a cui aggiunse impurità di cromo. Le estremità del cilindro sono state accuratamente lucidate per fungere da specchi. Un raggio di luce circondò il cilindro di rubino e, quando fu illuminato, scatenò uno stimolo: il rubino emise un breve raggio laser molto intenso.

Da allora il nome laser ha assunto una risonanza straordinaria e pubblica, associato nell'immaginario popolare alle avventure della fantascienza. A rigor di termini, questo è uno strumento potente. Come una leva, una puleggia, un piano inclinato che sfrutta la gravità e l’inerzia per potenziare la forza muscolare, un laser sfrutta la forza di due atomi e molecole per potenziare la potenza della radiazione.

I laser sono ampiamente utilizzati nella pratica medica, principalmente in chirurgia, oncologia, oftalmologia, dermatologia, odontoiatria e altri settori. Il meccanismo di interazione della radiazione laser con un oggetto biologico non è ancora completamente compreso, ma si può notare che si verificano effetti termici o interazioni risonanti con le cellule dei tessuti.

Almeno per questo secolo, la luce è stata uno dei principali argomenti di ricerca in fisica. Intorno a lui è stata costruita una delle teorie più complesse e audaci? meccanica quantistica. Conferma l’apparente paradosso secondo cui la luce è allo stesso tempo una cosa e un processo. Questo duplice ruolo della luce è ciò che ha reso possibile il laser? infatti, la materializzazione e la teoria quantistica.

Il laser non ha creato altro che una natura di luce coerente, coordinata e ondulata. Le sonde che vengono prodotte nell'acqua quando spariamo a un oggetto provocano onde posteriori quando colpiscono le rive del lago o della vasca dove stiamo facendo l'esperimento. Se due onde sono coerenti, cioè raggiungono il punto più alto contemporaneamente, si amplificano. Questo è ciò che fa un laser con le onde luminose.

Il trattamento laser è sicuro, è molto importante per le persone con allergie ai farmaci.

2. Meccanismo di interazione della radiazione laser con i tessuti biologici

2.1 Tipi di interazione

Una proprietà importante della radiazione laser per la chirurgia è la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue (vascolarizzato).

La natura quantistica della luce sta nel fatto che gli atomi non emettono energia in forma continua, ma in piccoli blocchi: i quanti. Quando un atomo viene bombardato di energia e si trova all'esterno, uno dei suoi elettroni assorbe un fotone e grazie ad esso salta sull'orbita superiore; al contrario, quando l'atomo perde energia ed energia, l'elettrone emette un fotone e scende nell'orbita inferiore.

Il laser stimola il movimento di un numero di elettroni verso l'orbita superiore; quando discende, emettono luce con la stessa frequenza ed esattamente, che viene poi riflessa negli specchi cristallini dell'apparecchio. Questa notevole proprietà ha permesso, ad esempio, di misurare la distanza tra la Terra e la Luna con un errore di soli 2 centimetri. Un altro grande vantaggio del laser è il suo colore puro e monocromatico.

Soprattutto, coagulazione si verifica a causa dell'assorbimento della radiazione laser da parte del sangue, del suo forte riscaldamento fino all'ebollizione e della formazione di coaguli di sangue. Pertanto, l'obiettivo assorbente durante la coagulazione può essere l'emoglobina o la componente acqua del sangue. Ciò significa che la radiazione laser nello spettro arancione-verde (laser KTP, vapore di rame) e i laser infrarossi (neodimio, olmio, erbio nel vetro, laser CO2) coagulano bene il tessuto biologico.

Il suo fascio molto stretto presenta un parallelismo eccezionale. Grazie alle sue caratteristiche uniche, il laser migliora le tecnologie esistenti e apre una vasta gamma di applicazioni che l’uomo non ha ancora immaginato. È già diventato uno strumento indispensabile nelle telecomunicazioni, nella medicina, nell'industria, nell'arte? sta prendendo sempre più spazio nelle produzioni musicali, di danza e teatrali? e in quasi tutti i settori dell'attività umana in cui è necessario forare, saldare, brillantare, precisare o calibrare.

I Beam sono speciali fasci di luce, talvolta molto intensi, capaci di percorrere lunghe distanze senza diffondersi. Il nome è un'abbreviazione derivata dal termine inglese Light Amplification by Stimulated Emission. Descrive il fenomeno principale utilizzato nell'apparato per la generazione di raggi laser. Questo stesso fenomeno viene utilizzato anche nei dispositivi che emettono microonde o radiazioni infrarosse.

Tuttavia, in caso di assorbimento molto elevato in un tessuto biologico, come, ad esempio, con un laser a granato di erbio con una lunghezza d'onda di 2,94 μm, la radiazione laser viene assorbita a una profondità di 5–10 μm e potrebbe non raggiungere affatto il bersaglio - il capillare.

I laser chirurgici si dividono in due grandi gruppi: ablativo(dal latino ablatio - "togliere"; in medicina - rimozione chirurgica, amputazione) e non ablativo laser. I laser ablativi sono più vicini al bisturi. I laser non ablativi funzionano secondo un principio diverso: dopo aver trattato un oggetto, ad esempio una verruca, un papilloma o un emangioma, con un tale laser, questo oggetto rimane al suo posto, ma dopo un po 'in esso passano una serie di effetti biologici e muore. In pratica appare così: la neoplasia mummifica, secca e scompare.

La parola "radiazione"? l'acronimo non ha nulla a che fare con le radiazioni. Si riferisce alle radiazioni elettromagnetiche, come: luce, onde radio, radiazioni infrarosse e raggi X, ad es. onde che differiscono solo nella lunghezza d'onda. Questa lunghezza corrisponde alla distanza tra i successivi punti massimi della forma d'onda. Il suo valore varia da 10 km a 1 metro nel caso delle onde radio e da 1 a 1 mm nel forno a microonde.

Seguono la luce, le radiazioni ultraviolette, i raggi X e i raggi gamma. L'insieme di queste onde costituisce lo spettro elettromagnetico. Qualsiasi atomo può essere considerato un nucleo formato, attorno al quale si muovono piccole particelle, elettrodi. Il movimento elettronico non funziona in alcun modo; sono consentite solo determinate classi di movimento e ciascuna di esse è associata a una certa quantità di energia.

In chirurgia vengono utilizzati laser a CO2 continui. Il principio si basa sull'azione termica. I vantaggi della chirurgia laser sono che è senza contatto, praticamente senza sangue, sterile, locale, garantisce una guarigione graduale del tessuto inciso e quindi buoni risultati estetici.

In oncologia, è stato notato che il raggio laser ha un effetto distruttivo sulle cellule tumorali. Il meccanismo di distruzione si basa sull'effetto termico, che provoca una differenza di temperatura tra la superficie e le parti interne dell'oggetto, portando a forti effetti dinamici e alla distruzione delle cellule tumorali.

Più gli elettrodi sono vicini al nucleo, minore è l'energia dell'atomo. Si dice che un atomo si trova nel suo stato fondamentale quando ha l'energia più bassa possibile. Se la tua energia aumenta, entra in uno dei suoi vari stati eccitati, corrispondenti a livelli energetici più elevati.

Un atomo è solitamente nel suo stato fondamentale, ma può entrare in uno stato eccitato se assorbe energia. Esistono diversi modi per creare eccitazione: facendo passare una scarica elettrica in un materiale, assorbendo la luce, mediante impatti tra atomi che avvengono ad alte temperature.

Oggi anche una direzione come la terapia fotodinamica è molto promettente. Esistono molti articoli sull'applicazione clinica di questo metodo. La sua essenza sta nel fatto che una sostanza speciale viene introdotta nel corpo del paziente - fotosensibilizzatore. Questa sostanza viene accumulata selettivamente dal tumore canceroso. Dopo aver irradiato il tumore con uno speciale laser, si verificano una serie di reazioni fotochimiche con il rilascio di ossigeno, che uccide le cellule tumorali.

Un atomo cerca sempre di ritornare ad uno stato energetico inferiore. Quando si passa dal livello eccitato allo stato fondamentale, la differenza di energia deve essere rilasciata. Poi c'è l'emissione di luce o altra radiazione elettromagnetica.

Secondo la teoria quantistica, questa radiazione emessa da un atomo è in forma concentrata? come una specie di particella, un fotone. I fotoni di luce pura con la stessa lunghezza d'onda sono uguali: trasportano tutti la stessa energia. Il colore della luce riflette l'energia dei fotoni, che è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda. Pertanto, i fotoni della luce blu hanno più energia della luce rossa.

Uno dei metodi di esposizione alla radiazione laser sul corpo è irradiazione del sangue con laser per via endovenosa(ILBI), che è attualmente utilizzato con successo in cardiologia, pneumologia, endocrinologia, gastroenterologia, ginecologia, urologia, anestesiologia, dermatologia e altre aree della medicina. Lo studio scientifico approfondito del problema e la prevedibilità dei risultati contribuiscono all'uso dell'ILBI sia indipendentemente che in combinazione con altri metodi di trattamento.

Per ILBI, la radiazione laser viene solitamente utilizzata nella regione rossa dello spettro.
(0,63 micron) con una potenza di 1,5–2 mW. Il trattamento viene effettuato ogni giorno o a giorni alterni; per corso da 3 a 10 sessioni. Il tempo di esposizione per la maggior parte delle malattie è di 15–20 minuti per sessione per gli adulti e di 5–7 minuti per i bambini. La terapia laser endovenosa può essere eseguita in quasi tutti gli ospedali o cliniche. Il vantaggio della terapia laser ambulatoriale è quello di ridurre la possibilità di sviluppare un'infezione nosocomiale, viene creato un buon background psico-emotivo che consente al paziente di mantenere la capacità lavorativa per lungo tempo, conducendo procedure e ricevendo un trattamento completo.

In oftalmologia, i laser vengono utilizzati sia per il trattamento che per la diagnosi. Con l'aiuto di un laser, la retina viene saldata, i vasi della coroide oculare vengono saldati. Nella microchirurgia per il trattamento del glaucoma vengono utilizzati laser ad argon che emettono nella regione blu-verde dello spettro. I laser ad eccimeri vengono utilizzati con successo da molto tempo per la correzione della vista.

In dermatologia, la radiazione laser viene utilizzata per trattare molte malattie cutanee gravi e croniche, nonché per rimuovere i tatuaggi. Quando irradiato con un laser, viene attivato il processo rigenerativo, viene attivato lo scambio di elementi cellulari.

Il principio di base dell'uso dei laser in cosmetologia è che la luce colpisce solo l'oggetto o la sostanza che la assorbe. Nella pelle, la luce viene assorbita da sostanze speciali: i cromofori. Ogni cromoforo assorbe in un certo intervallo di lunghezze d'onda, ad esempio, per lo spettro arancione e verde è l'emoglobina del sangue, per lo spettro rosso è la melanina dei capelli e per lo spettro infrarosso è l'acqua cellulare.

Quando la radiazione viene assorbita, l'energia del raggio laser viene convertita in calore nell'area della pelle che contiene il cromoforo. Con una potenza sufficiente del raggio laser, ciò porta alla distruzione termica del bersaglio. Pertanto, con l'aiuto di un laser, è possibile influenzare selettivamente, ad esempio, le radici dei capelli, le macchie dell'età e altri difetti della pelle.

Tuttavia, a causa della trasmissione del calore, anche le regioni vicine vengono riscaldate, anche se contengono pochi cromofori che assorbono la luce. I processi di assorbimento e trasferimento del calore dipendono dalle proprietà fisiche del bersaglio, dalla sua profondità e dimensione. Pertanto, nella cosmetologia laser, è importante selezionare attentamente non solo la lunghezza d'onda, ma anche l'energia e la durata degli impulsi laser.

In odontoiatria la radiazione laser rappresenta il trattamento fisioterapico più efficace per la malattia parodontale e le patologie della mucosa orale.

Al posto dell’agopuntura viene utilizzato un raggio laser. Il vantaggio dell'utilizzo del raggio laser è che non vi è alcun contatto con un oggetto biologico e, di conseguenza, il processo è sterile, indolore e ad alta efficienza.

Gli strumenti a guida luminosa e i cateteri per la chirurgia laser sono progettati per fornire radiazioni laser ad alta potenza al sito dell'intervento chirurgico durante interventi a cielo aperto, endoscopici e laparoscopici in urologia, ginecologia, gastroenterologia, chirurgia generale, artroscopia, dermatologia. Consentono il taglio, l'escissione, l'ablazione, la vaporizzazione e la coagulazione dei tessuti durante operazioni chirurgiche a contatto con il tessuto biologico o in modalità di applicazione senza contatto (quando l'estremità della fibra viene rimossa dal tessuto biologico). L'uscita della radiazione può essere effettuata sia dall'estremità della fibra che attraverso una finestra sulla superficie laterale della fibra. Possono essere utilizzati sia in ambienti con aria (gas) che acqua (liquidi). Con ordine separato, per facilità d'uso, i cateteri sono dotati di una maniglia facilmente rimovibile: il supporto della guida luminosa.

Nella diagnostica, i laser vengono utilizzati per rilevare varie disomogeneità (tumori, ematomi) e misurare i parametri di un organismo vivente. Le basi delle operazioni diagnostiche si riducono al passaggio di un raggio laser attraverso il corpo del paziente (o uno dei suoi organi) e la diagnosi viene effettuata in base allo spettro o all'ampiezza della radiazione trasmessa o riflessa. Sono noti metodi per rilevare tumori cancerosi in oncologia, ematomi in traumatologia, nonché per misurare i parametri del sangue (quasi tutti, dalla pressione sanguigna allo zucchero e all'ossigeno).

2.2 Peculiarità dell'interazione laser per vari parametri di radiazione

Ai fini dell'intervento chirurgico, il raggio laser deve essere sufficientemente potente da riscaldare il tessuto biologico a una temperatura superiore a 50 - 70 °C, provocandone la coagulazione, il taglio o l'evaporazione. Pertanto, nella chirurgia laser, quando si parla della potenza della radiazione laser di un particolare dispositivo, si utilizzano numeri che denotano unità, decine e centinaia di watt.

I laser chirurgici sono sia continui che pulsati, a seconda del tipo di mezzo attivo. Convenzionalmente possono essere divisi in tre gruppi a seconda del livello di potenza.

1. Coagulazione: 1 - 5 W.

2. Vaporizzazione e taglio superficiale: 5 - 20 watt.

3. Taglio profondo: 20 - 100 W.

Ogni tipo di laser è caratterizzato principalmente dalla sua lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda determina il grado di assorbimento della radiazione laser da parte del biotessuto e, quindi, la profondità di penetrazione e il grado di riscaldamento sia dell'area di intervento chirurgico che del tessuto circostante.

Dato che l'acqua è contenuta in quasi tutti i tipi di tessuto biologico, si può dire che per la chirurgia è preferibile utilizzare un tipo di laser la cui radiazione abbia un coefficiente di assorbimento nell'acqua superiore a 10 cm-1 oppure, qual è lo stesso, la cui profondità di penetrazione non supera 1 mm.

Altre caratteristiche importanti dei laser chirurgici,
determinare il loro uso in medicina:

potenza della radiazione;

modalità di funzionamento continua o pulsata;

la capacità di coagulare il tessuto biologico saturo di sangue;

la possibilità di trasmettere radiazioni attraverso una fibra ottica.

Quando la radiazione laser viene applicata a un tessuto biologico, prima si riscalda e poi evapora. Un taglio efficace del tessuto biologico richiede da un lato una rapida evaporazione nel punto del taglio e, dall'altro, un riscaldamento concomitante minimo dei tessuti circostanti.

Con la stessa potenza di radiazione media, un breve impulso riscalda il tessuto più velocemente della radiazione continua e, allo stesso tempo, la distribuzione del calore ai tessuti circostanti è minima. Ma se gli impulsi hanno una bassa frequenza di ripetizione (meno di 5 Hz), allora è difficile eseguire un'incisione continua, è più simile a una perforazione. Pertanto, il laser dovrebbe preferibilmente essere pulsato con una frequenza di ripetizione dell'impulso maggiore di 10 Hz e la durata dell'impulso più breve possibile per ottenere una potenza di picco elevata.

In pratica, la potenza di uscita ottimale per la chirurgia è compresa tra 15 e 60 W, a seconda della lunghezza d'onda del laser e dell'applicazione.

3. Metodi laser promettenti in medicina e biologia

Lo sviluppo della medicina laser si sviluppa lungo tre rami principali: chirurgia laser, terapia laser e diagnostica laser. Le proprietà uniche del raggio laser rendono possibile eseguire operazioni precedentemente impossibili con nuovi metodi efficaci e minimamente invasivi.

Vi è un crescente interesse per le terapie non farmacologiche, compresa la terapia fisica. Spesso ci sono situazioni in cui è necessario effettuare non una fisioterapia, ma diverse, e quindi il paziente deve spostarsi da una cabina all'altra, vestirsi e svestirsi più volte, il che crea ulteriori problemi e perdite di tempo.

La varietà di metodi di azione terapeutica richiede l'uso di laser con diversi parametri di radiazione. A questo scopo vengono utilizzate diverse teste di emissione, che contengono uno o più laser e un'interfaccia elettronica per i segnali di controllo dall'unità base con il laser.

Le teste emittenti si dividono in universali, consentendone l'utilizzo sia esterno (utilizzando ugelli a specchio e magnetici) che intracavitario mediante appositi ugelli ottici; matrice, avente un'ampia area di radiazione e applicata superficialmente, oltre che specializzata. Vari ugelli ottici consentono di fornire radiazioni all'area di influenza desiderata.

Il principio del blocco consente l'utilizzo di un'ampia gamma di testine laser e LED con diverse caratteristiche spettrali, spazio-temporali ed energetiche, il che, a sua volta, aumenta l'efficacia del trattamento a un livello qualitativamente nuovo grazie all'implementazione combinata di varie terapie laser tecniche. L'efficacia del trattamento è determinata principalmente da metodi e attrezzature efficaci che ne garantiscono l'attuazione. Le tecniche moderne richiedono la capacità di selezionare vari parametri di esposizione (modalità di radiazione, lunghezza d'onda, potenza) in un ampio intervallo. Un dispositivo per terapia laser (ALT) deve fornire questi parametri, il loro controllo e visualizzazione affidabili e allo stesso tempo essere semplice e comodo da utilizzare.

4. Laser utilizzati nella tecnologia medica

4.1 Laser a CO2

CO2 -laser, cioè. un laser il cui componente emettitore del mezzo attivo è l'anidride carbonica CO2 occupa un posto speciale tra l'intera varietà di laser esistenti. Questo laser unico si distingue principalmente per il fatto che è caratterizzato sia da una grande produzione di energia che da un'elevata efficienza. Sono state ottenute enormi potenze in modalità continua: diverse decine di kilowatt, la potenza pulsata ha raggiunto un livello di diversi gigawatt, l'energia pulsata viene misurata in kilojoule. L'efficienza di un laser CO2 (circa il 30%) supera l'efficienza di tutti i laser. La frequenza di ripetizione nella modalità a impulsi ripetitivi può essere di diversi kilohertz. Le lunghezze d'onda della radiazione laser CO2 sono nell'intervallo 9-10 µm (intervallo IR) e rientrano nella finestra di trasparenza dell'atmosfera. Pertanto, la radiazione laser CO2 è conveniente per un'azione intensiva sulla materia. Inoltre, le frequenze di assorbimento risonante di molte molecole rientrano nell'intervallo delle lunghezze di emissione del laser CO2.

La Figura 1 mostra i livelli vibrazionali più bassi dello stato fondamentale elettronico insieme ad una rappresentazione simbolica della forma vibrazionale della molecola di CO2.

Figura 20 - Livelli più bassi della molecola di CO2

Il ciclo di pompaggio laser di un laser a CO2 in condizioni stazionarie è il seguente. Gli elettroni del plasma a scarica luminescente eccitano le molecole di azoto, che trasferiscono l'energia di eccitazione alla vibrazione di stiramento asimmetrico delle molecole di CO2, che ha una lunga durata ed è il livello superiore del laser. Il livello laser inferiore è solitamente il primo livello eccitato della vibrazione di stiramento simmetrico, che è fortemente accoppiato dalla risonanza di Fermi alla vibrazione di flessione e quindi si rilassa rapidamente insieme a questa vibrazione in caso di collisione con l'elio. Ovviamente, lo stesso canale di rilassamento è efficace quando il secondo livello eccitato del modo di deformazione è il livello laser inferiore. Pertanto, un laser a CO2 è un laser a miscela di anidride carbonica, azoto ed elio, dove la CO2 fornisce radiazioni, l'N2 pompa il livello superiore e l'He esaurisce il livello inferiore.

I laser a CO2 di media potenza (da decine a centinaia di watt) sono progettati separatamente sotto forma di tubi relativamente lunghi con scarico longitudinale e circolazione longitudinale del gas. Un disegno tipico di un laser di questo tipo è mostrato nella Figura 2. Qui 1 è un tubo a scarica, 2 sono elettrodi ad anello, 3 è un lento rinnovamento del mezzo, 4 è un plasma a scarica, 5 è un tubo esterno, 6 è un funzionamento di raffreddamento acqua, 7.8 è un risonatore.

Figura 20 - Schema di un laser a CO2 raffreddato per diffusione

Il pompaggio longitudinale serve ad eliminare i prodotti di dissociazione della miscela di gas nello scarico. Il raffreddamento del gas di lavoro in tali sistemi avviene per diffusione sulla parete del tubo di scarico raffreddato dall'esterno. La conduttività termica del materiale della parete è essenziale. In quest'ottica è consigliabile l'utilizzo di tubi in ceramica al corindone (Al2O3) o al berillio (BeO).

Gli elettrodi sono realizzati ad anello, senza bloccare il percorso delle radiazioni. Il calore Joule viene trasferito per conduzione termica alle pareti del tubo, cioè viene utilizzato il raffreddamento per diffusione. Uno specchio sordo è fatto di metallo, uno traslucido è fatto di NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Un'alternativa al raffreddamento per diffusione è il raffreddamento per convezione. Il gas di lavoro viene soffiato attraverso la regione di scarico ad alta velocità e il calore Joule viene rimosso dallo scarico. L'uso del pompaggio rapido consente di aumentare la densità del rilascio e della rimozione di energia.

Il laser CO2 in medicina viene utilizzato quasi esclusivamente come “bisturi ottico” per il taglio e la vaporizzazione in tutti gli interventi chirurgici. L'azione di taglio di un raggio laser focalizzato si basa sull'evaporazione esplosiva dell'acqua intra ed extracellulare nell'area focale, a causa della quale la struttura del materiale viene distrutta. La distruzione del tessuto porta alla forma caratteristica dei bordi della ferita. In un'area di interazione ristretta, la temperatura di 100 °C viene superata solo quando si ottiene la disidratazione (raffreddamento evaporativo). Un ulteriore aumento della temperatura porta alla rimozione del materiale mediante carbonizzazione o evaporazione del tessuto. Direttamente nelle zone marginali si forma un sottile ispessimento necrotico con uno spessore di 3040 μm a causa della conduttività termica generalmente scarsa. Ad una distanza di 300-600 µm non si formano più danni ai tessuti. Nella zona di coagulazione i vasi sanguigni fino a 0,51 mm di diametro si chiudono spontaneamente.

I dispositivi chirurgici basati sul laser CO2 sono attualmente offerti in una gamma abbastanza ampia. La guida del raggio laser nella maggior parte dei casi viene effettuata utilizzando un sistema di specchi incernierati (manipolatore), che termina con uno strumento con ottica di focalizzazione incorporata, che il chirurgo manipola nell'area operata.

4.2 Laser elio-neon

IN laser al neon elio la sostanza di lavoro sono atomi di neon neutri. L'eccitazione viene effettuata mediante una scarica elettrica. Nel neon puro è difficile creare un'inversione in modalità continua. Questa difficoltà, in molti casi abbastanza generale, viene aggirata introducendo nella scarica un ulteriore gas, l'elio, che funge da donatore di energia di eccitazione. Le energie dei primi due livelli metastabili eccitati dell'elio (Figura 3) coincidono abbastanza esattamente con le energie dei livelli 3s e 2s del neon. Pertanto, le condizioni per il trasferimento dell'eccitazione risonante secondo lo schema

Figura 20 – Schema dei livelli laser He-Ne

Alle pressioni di neon ed elio scelte correttamente che soddisfano la condizione

è possibile ottenere una popolazione di uno o entrambi i livelli 3s e 2s del neon, molto più elevata di quella del neon puro, ed ottenere un'inversione di popolazione.

L'esaurimento dei livelli laser inferiori si verifica nei processi di collisione, comprese le collisioni con le pareti del tubo di scarico del gas.

Gli atomi di elio (e neon) sono eccitati in una scarica luminescente a bassa corrente (Figura 4). Nei laser CW basati su atomi o molecole neutri, il plasma debolmente ionizzato di una colonna a scarica a bagliore positiva viene spesso utilizzato per creare un mezzo attivo. La densità di corrente della scarica ad incandescenza è 100-200 mA/cm2. L'intensità del campo elettrico longitudinale è tale che il numero di elettroni e ioni presenti in un singolo segmento dello spazio di scarica compensa la perdita di particelle cariche durante la loro diffusione alle pareti del tubo a scarica di gas. Quindi la colonna di scarica positiva è stazionaria e omogenea. La temperatura degli elettroni è determinata dal prodotto della pressione del gas e il diametro interno del tubo (0,63282 µm) corrisponde al Torx ottimale mm.

Figura 20 - Schema strutturale del laser He-Ne

I valori tipici della potenza di radiazione dei laser elio-neon dovrebbero essere considerati decine di milliwatt nelle regioni 0,63 e 1,15 μm e centinaia nella regione 3,39 μm. La durata dei laser è limitata dai processi di scarica ed è calcolata in anni. Col passare del tempo, la composizione del gas nello scarico viene disturbata. A causa dell'assorbimento degli atomi nelle pareti e negli elettrodi, si verifica il processo di "indurimento", la pressione diminuisce e il rapporto tra le pressioni parziali di He e Ne cambia.

La massima stabilità, semplicità e affidabilità a breve termine del design di un laser elio-neon si ottengono quando gli specchi del risonatore sono installati all'interno del tubo di scarica. Tuttavia, con una tale disposizione, gli specchi si guastano in tempi relativamente brevi a causa del bombardamento del plasma scaricato da particelle cariche. Pertanto, è diventata più diffusa la struttura in cui il tubo di scarico del gas è posizionato all'interno del risonatore (Fig. 5) e le sue estremità sono dotate di finestre posizionate nell'angolo di Brewster rispetto all'asse ottico, garantendo così la polarizzazione lineare della radiazione. Questa disposizione presenta numerosi vantaggi: l'allineamento degli specchi del risonatore è semplificato, la durata del tubo a scarica di gas e degli specchi aumenta, la loro sostituzione è facilitata, diventa possibile controllare il risonatore e utilizzare un risonatore dispersivo, selezionare le modalità , eccetera.

Figura 20 - Laser risonatore He-Ne

Il passaggio tra le bande di generazione (Figura 6) in un laser a elio-neon sintonizzabile viene solitamente fornito introducendo un prisma e un reticolo di diffrazione viene solitamente utilizzato per la regolazione fine della linea di generazione.

Figura 20 - Utilizzo del prisma di Litrow

4.3 Laser YAG

Lo ione trivalente neodimio attiva facilmente molte matrici. Di questi, i più promettenti erano i cristalli granato di ittrio e alluminio Y3Al5O12 (YAG) e vetro. Il pompaggio trasforma gli ioni Nd3+ dallo stato fondamentale 4I9/2 in diverse bande relativamente strette che svolgono il ruolo del livello superiore. Queste bande sono formate da una serie di stati eccitati sovrapposti, le loro posizioni e larghezze variano leggermente da matrice a matrice. Dalle fasce della pompa si verifica un rapido trasferimento dell'energia di eccitazione al livello metastabile 4F3/2 (Fig. 7).

Figura 20 - Livelli energetici degli ioni trivalenti delle terre rare

Più le bande di assorbimento sono vicine al livello 4F3/2, maggiore è l'efficienza del laser. Il vantaggio dei cristalli YAG è la presenza di una linea di assorbimento di colore rosso intenso.

La tecnologia di crescita dei cristalli si basa sul metodo Czochralski, quando YAG e un additivo vengono fusi in un crogiolo di iridio a una temperatura di circa 2000 °C, seguito dalla separazione di parte della massa fusa dal crogiolo utilizzando un seme. La temperatura del seme è leggermente inferiore alla temperatura della massa fusa e, una volta estratta, la massa fusa si cristallizza gradualmente sulla superficie del seme. L'orientamento cristallografico della massa fusa cristallizzata riproduce l'orientamento del seme. Il cristallo viene coltivato in un mezzo inerte (argon o azoto) a pressione normale con una piccola aggiunta di ossigeno (1-2%). Una volta che il cristallo raggiunge la lunghezza desiderata, viene lentamente raffreddato per evitare fratture dovute a stress termici. Il processo di crescita dura dalle 4 alle 6 settimane ed è controllato dal computer.

I laser al neodimio funzionano in un'ampia gamma di modalità di generazione, da continua a essenzialmente pulsata con una durata fino ai femtosecondi. Quest'ultimo si ottiene bloccando la modalità in un'ampia linea di guadagno, caratteristica degli occhiali laser.

Quando si creano laser al neodimio e al rubino, vengono implementati tutti i metodi caratteristici per il controllo dei parametri della radiazione laser sviluppati dall'elettronica quantistica. Oltre alla cosiddetta generazione libera, che dura quasi l'intera durata dell'impulso della pompa, si sono diffusi i regimi del fattore di qualità commutabile (modulato) e del blocco della modalità (autobloccante).

Nella modalità di funzionamento libero, la durata degli impulsi di radiazione è 0,1 ... 10 ms, l'energia di radiazione nei circuiti di amplificazione di potenza è di circa 10 ps quando vengono utilizzati dispositivi elettro-ottici per la commutazione Q. Un'ulteriore riduzione degli impulsi di generazione si ottiene utilizzando filtri sbiancabili sia per la commutazione Q (0,1...10 ps) che per il blocco della modalità (1...10 ps).

Sotto l'influenza dell'intensa radiazione laser Nd-YAG sul tessuto biologico, si formano necrosi piuttosto profonde (focalizzazione della coagulazione). L'effetto di rimozione dei tessuti, e quindi l'azione di taglio, è trascurabile rispetto a quello di un laser CO2. Pertanto, il laser Nd-YAG viene utilizzato principalmente per la coagulazione di sanguinamenti e per la necrosi di aree tissutali patologicamente alterate in quasi tutti gli ambiti chirurgici. Poiché inoltre la trasmissione delle radiazioni è possibile tramite cavi ottici flessibili, si aprono le prospettive per l'utilizzo di un laser Nd-YAG nelle cavità corporee.

4.4 Laser a semiconduttore

Laser a semiconduttore emettono radiazione coerente nella banda UV, visibile o IR (0,32 ... 32 micron); i cristalli semiconduttori sono usati come mezzo attivo.

Attualmente sono noti più di 40 diversi materiali semiconduttori adatti ai laser. Il pompaggio del mezzo attivo può essere effettuato mediante fasci di elettroni o radiazioni ottiche (0,32...16 µm), nella giunzione pn del materiale semiconduttore tramite corrente elettrica da una tensione esterna applicata (iniezione di portatori di carica, 0,57... 0,32 µm).

I laser a iniezione differiscono da tutti gli altri tipi di laser per le seguenti caratteristiche:

Elevata efficienza energetica (superiore al 10%);

Facilità di eccitazione (conversione diretta dell'energia elettrica in radiazione coerente - sia in modalità di funzionamento continua che pulsata);

Possibilità di modulazione diretta tramite corrente elettrica fino a 1010 Hz;

Dimensioni estremamente ridotte (lunghezza inferiore a 0,5 mm; larghezza non superiore a 0,4 mm; altezza non superiore a 0,1 mm);

Bassa tensione della pompa;

Affidabilità meccanica;

Lunga durata (fino a 107 ore).

4.5 Laser ad eccimeri

Laser ad eccimeri, che rappresentano una nuova classe di sistemi laser, aprono la gamma UV per l'elettronica quantistica. È conveniente spiegare il principio di funzionamento dei laser ad eccimeri utilizzando come esempio il laser allo xeno (nm). Lo stato fondamentale della molecola Xe2 è instabile. Un gas non eccitato è costituito principalmente da atomi. Popolazione dello stato laser superiore, ad es. la creazione della stabilità eccitata della molecola avviene sotto l'azione di un fascio di elettroni veloci in una complessa sequenza di processi collisionali. Tra questi processi, un ruolo importante è svolto dalla ionizzazione e dall'eccitazione dello xeno da parte degli elettroni.

Gli eccimeri degli alogenuri di gas rari (monoalogenuri di gas nobili) sono di grande interesse, soprattutto perché, a differenza dei dimeri di gas nobili, i laser corrispondenti funzionano non solo con l'eccitazione del fascio di elettroni, ma anche con l'eccitazione della scarica di gas. Il meccanismo di formazione dei termini superiori delle transizioni laser in questi eccimeri è in gran parte poco chiaro. Considerazioni qualitative indicano che sono più facili da formare rispetto al caso dei dimeri di gas nobili. Esiste una profonda analogia tra le molecole eccitate composte da materiale alcalino e gli atomi di alogeno. Un atomo di gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile a un atomo di metallo alcalino e alogeno. Un atomo di gas inerte in uno stato elettronico eccitato è simile all'atomo di un metallo alcalino, che lo segue nella tavola periodica. Questo atomo si ionizza facilmente perché l'energia di legame dell'elettrone eccitato è bassa. A causa dell'elevata affinità per l'elettrone alogeno, questo elettrone si stacca facilmente e, quando gli atomi corrispondenti si scontrano, salta volentieri su una nuova orbita che unisce gli atomi, effettuando così la cosiddetta reazione dell'arpione.

La laringoscopia, microlaringoscopia, esofagoscopia e broncoscopia sono tipi di intervento endoscopico. Periodi preoperatori e intraoperatori. Caratteristiche dell'anestesia negli interventi laser endoscopici. Misure di sicurezza antincendio.

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In medicina, i laser hanno trovato la loro applicazione sotto forma di bisturi laser. Il suo utilizzo per le operazioni chirurgiche è determinato dalle seguenti proprietà:

Produce un'incisione relativamente senza sangue, poiché contemporaneamente alla dissezione dei tessuti, coagula i bordi della ferita “fermentando” vasi sanguigni non troppo grandi;

Il bisturi laser differisce per la costanza delle proprietà di taglio. Colpire un oggetto duro (come un osso) non disattiva il bisturi. Per un bisturi meccanico questa situazione sarebbe fatale;

Il raggio laser, grazie alla sua trasparenza, permette al chirurgo di vedere la zona operata. La lama di un normale bisturi, così come la lama di un coltello elettrico, blocca sempre in una certa misura il campo di lavoro del chirurgo;

Il raggio laser taglia il tessuto a distanza senza alcun effetto meccanico sul tessuto;

Il bisturi laser garantisce assoluta sterilità, poiché solo le radiazioni interagiscono con il tessuto;

Il raggio laser agisce strettamente localmente, l'evaporazione dei tessuti avviene solo nel punto focale. Le aree tissutali adiacenti vengono danneggiate molto meno rispetto a quando si utilizza un bisturi meccanico;

Come ha dimostrato la pratica clinica, una ferita da bisturi laser quasi non fa male e guarisce più velocemente.

L'uso pratico dei laser in chirurgia iniziò nell'URSS nel 1966 presso l'Istituto A.V. Vishnevsky. Il bisturi laser è stato utilizzato negli interventi sugli organi interni del torace e delle cavità addominali. Attualmente, gli interventi di chirurgia plastica della pelle, gli interventi chirurgici dell'esofago, dello stomaco, dell'intestino, dei reni, del fegato, della milza e di altri organi vengono eseguiti con un raggio laser. È molto allettante eseguire operazioni utilizzando un laser su organi contenenti un gran numero di vasi sanguigni, ad esempio sul cuore, sul fegato.

Gli strumenti laser sono particolarmente utilizzati nella chirurgia oculare. L'occhio, come sapete, è un organo dalla struttura molto fine. Nella chirurgia oculare, la precisione e la velocità delle manipolazioni sono particolarmente importanti. Inoltre, si è scoperto che con la corretta selezione della frequenza della radiazione laser, passa liberamente attraverso i tessuti trasparenti dell'occhio, senza esercitare alcun effetto su di essi. Ciò consente di eseguire operazioni sul cristallino e sul fondo dell'occhio senza effettuare alcuna incisione. Attualmente si stanno effettuando con successo operazioni per rimuovere la lente facendola evaporare con un impulso molto breve e potente. In questo caso, non vi è alcun danno ai tessuti circostanti, il che accelera il processo di guarigione, che dura letteralmente poche ore. A sua volta, ciò facilita notevolmente il successivo impianto di un cristallino artificiale. Un'altra operazione eseguita con successo è la saldatura di una retina distaccata.

I laser sono utilizzati con successo nel trattamento di malattie oculari comuni come la miopia e l'ipermetropia. Una delle cause di queste malattie è un cambiamento dovuto a qualsiasi motivo nella configurazione della cornea dell'occhio. Con l'aiuto dell'irradiazione della cornea dosata in modo molto accurato con radiazione laser, è possibile correggerne i difetti, ripristinando la visione normale.

È difficile sopravvalutare l’importanza dell’uso della terapia laser nel trattamento di numerosi tumori causati dalla divisione incontrollata delle cellule mutate. Focalizzando accuratamente il raggio laser su un ammasso di cellule tumorali, è possibile distruggere completamente questi ammassi senza danneggiare le cellule sane.

Una varietà di sonde laser sono ampiamente utilizzate nella diagnosi di malattie di vari organi interni, soprattutto nei casi in cui l'uso di altri metodi è impossibile o molto difficile.

Per scopi terapeutici viene utilizzata la radiazione laser a bassa energia. La terapia laser si basa sulla combinazione dell'impatto sul corpo di radiazioni pulsate a banda larga del vicino infrarosso con un campo magnetico costante. L'effetto terapeutico (guarigione) della radiazione laser su un organismo vivente si basa su reazioni fotofisiche e fotochimiche. A livello cellulare, in risposta all'azione della radiazione laser, l'attività energetica delle membrane cellulari cambia, viene attivato l'apparato nucleare delle cellule del sistema DNA-RNA-proteina e, di conseguenza, aumenta il potenziale bioenergetico delle cellule. La reazione a livello del corpo nel suo complesso si esprime in manifestazioni cliniche. Si tratta di effetti analgesici, antinfiammatori e antiedematosi, miglioramento della microcircolazione non solo nei tessuti irradiati, ma anche nei tessuti circostanti, accelerazione della guarigione dei tessuti danneggiati, stimolazione dei fattori di difesa immunitaria generale e locale, riduzione della colecistite in il sangue, effetto batteriostatico.