La radiación láser en medicina es una onda forzada o estimulada del rango óptico con una longitud de 10 nm a 1000 micras (1 micra = 1000 nm).

La radiación láser tiene:
- coherencia: la aparición coordinada en el tiempo de varios procesos ondulatorios de la misma frecuencia;
- monocromático - una longitud de onda;
- polarización - orientación ordenada del vector de intensidad del campo electromagnético de la onda en un plano perpendicular a su propagación.

Efectos físicos y fisiológicos. radiación láser

La radiación láser (LR) tiene actividad fotobiológica. Las reacciones biofísicas y bioquímicas de los tejidos a la radiación láser son diferentes y dependen del rango, la longitud de onda y la energía fotónica de la radiación:

La radiación IR (1000 micrones - 760 nm, energía del fotón 1-1,5 EV) penetra hasta una profundidad de 40-70 mm, provocando procesos oscilatorios. efecto térmico;
- la radiación visible (760-400 nm, energía del fotón 2,0-3,1 EV) penetra hasta una profundidad de 0,5-25 mm, provoca la disociación de moléculas y la activación de reacciones fotoquímicas;
- La radiación ultravioleta (300-100 nm, energía fotónica 3,2-12,4 EV) penetra a una profundidad de 0,1-0,2 mm, provoca la disociación e ionización de las moléculas: un efecto fotoquímico.

El efecto fisiológico de la radiación láser de baja intensidad (LILR) se realiza a través de las vías nerviosas y humorales:

Cambios en procesos biofísicos y químicos en los tejidos;
- cambios en los procesos metabólicos;
- cambio en el metabolismo (bioactivación);
- cambios morfológicos y funcionales del tejido nervioso;
- estimulación del sistema cardiovascular;
- estimulación de la microcirculación;
- aumenta la actividad biológica de los elementos celulares y tisulares de la piel, activa procesos intracelulares en los músculos, procesos redox y la formación de miofibrillas;
- aumenta la resistencia del cuerpo.

La radiación láser de alta intensidad (10,6 y 9,6 µm) provoca:

Quemadura térmica de tejido;
- coagulación de tejidos biológicos;
- carbonización, combustión, evaporación.

Efecto terapéutico del láser de baja intensidad (LILI)

Antiinflamatorio, reduciendo la hinchazón de los tejidos;
- analgésico;
- estimulación de procesos reparativos;
- efecto reflexogénico - estimulación de funciones fisiológicas;
- efecto generalizado - estimulación de la respuesta inmune.

Efecto terapéutico de la radiación láser de alta intensidad.

Efecto antiséptico, formación de una película de coagulación, barrera protectora contra agentes tóxicos;
- corte de tejido (bisturí láser);
- soldadura prótesis metálicas, dispositivos de ortodoncia.

indicaciones LILI

Procesos inflamatorios agudos y crónicos;
- lesión de tejidos blandos;
- quemaduras y congelación;
- Enfermedades de la piel;
- enfermedades del sistema nervioso periférico;
- enfermedades del sistema musculoesquelético;
- enfermedades cardiovasculares;
- enfermedades respiratorias;
- enfermedades del tracto gastrointestinal;
- enfermedades sistema genitourinario;
- enfermedades del oído, la nariz y la garganta;
- trastornos del estado inmunológico.

Indicaciones de radiación láser en odontología.

Enfermedades de la mucosa oral;
- enfermedades periodontales;
- lesiones no cariosas de tejidos dentales duros y caries;
- pulpitis, periodontitis;
- proceso inflamatorio y traumatismo de la zona maxilofacial;
- enfermedades de la ATM;
- dolor facial.

Contraindicaciones

Los tumores son benignos y malignos;
- embarazo hasta 3 meses;
- tirotoxicosis, diabetes tipo 1, enfermedades de la sangre, insuficiencia de las funciones respiratoria, renal, hepática y circulatoria;
- estados febriles;
- enfermedad mental;
- presencia de un marcapasos implantado;
- condiciones convulsivas;
- factor de intolerancia individual.

Equipo

Láseres - dispositivo técnico Emitiendo radiación en un rango óptico estrecho. Los láseres modernos se clasifican:

Por sustancia activa (fuente de radiación inducida): estado sólido, líquido, gaseoso y semiconductor;
- por longitud de onda y radiación: infrarroja, visible y ultravioleta;
- según la intensidad de la radiación: baja y alta intensidad;
- según el modo de generación de radiación - pulsada y continua.

Los dispositivos están equipados con cabezales emisores y accesorios especializados (dentales, de espejo, de acupuntura, magnéticos, etc.) que garantizan la eficacia del tratamiento. El uso combinado de radiación láser y un campo magnético constante potencia el efecto terapéutico. Se producen comercialmente principalmente tres tipos de equipos terapéuticos con láser:

1) basado en láseres de helio-neón que funcionan en modo de radiación continua con una longitud de onda de 0,63 micrones y una potencia de salida de 1-200 mW:

ULF-01, “Yagoda”
- AFL-1, AFL-2
- TRANSPORTE-1
-ALTM-01
-FALM-1
- "Platán-M1"
- "Atolón"
- ALOC-1 - dispositivo de irradiación de sangre con láser

2) basado en láseres semiconductores que funcionan en modo continuo para generar radiación con una longitud de onda de 0,67 a 1,3 micrones y una potencia de salida de 1 a 50 mW:

ALTP-1, ALTP-2
- "Izel"
- "Mazik"
- "Vita"
- "Campana"

3) basado en láseres semiconductores que funcionan en modo pulsado y generan radiación con una longitud de onda de 0,8 a 0,9 micrones, potencia de pulso de 2 a 15 W:

- "Patrón", "Patrón-2K"
- "Lazurit-ZM"
- "Luzar-MP"
- "Nega"
- "Azor-2K"
- "Efecto"

Dispositivos para terapia con láser magnético:

- "Mlada"
-AMLT-01
- "Svetoch-1"
- "Azur"
- "Erga"
- MILTA - infrarrojo magnético

Tecnología y metodología de la radiación láser.

La exposición a la radiación se realiza sobre la lesión u órgano, zona segmentaria-metamérica (cutánea), punto biológicamente activo. En el tratamiento de caries profundas y pulpitis mediante un método biológico, la irradiación se realiza en el área del fondo de la cavidad cariada y el cuello del diente; Periodontitis: se inserta una guía de luz en el conducto radicular, previamente tratada mecánica y medicinalmente, y se avanza hasta el ápice de la raíz del diente.

La técnica de irradiación láser es estable, de escaneo estable o escaneo, de contacto o remota.

Dosificación

Las respuestas a LI dependen de los parámetros de dosificación:

Longitud de onda;
- metodología;
- modo de funcionamiento: continuo o pulsado;
- intensidad, densidad de potencia (PM): LR de baja intensidad - suave (1-2 mW) se utiliza para influir en las zonas reflexogénicas; medio (2-30 mW) y duro (30-500 mW) - en el área del foco patológico;
- tiempo de exposición a un campo - 1-5 minutos, tiempo total no más de 15 minutos. diariamente o cada dos días;
- un curso de tratamiento de 3 a 10 procedimientos, repetido después de 1 a 2 meses.

Precauciones de seguridad

Los ojos del médico y del paciente están protegidos con gafas SZS-22, SZO-33;
- no se puede mirar la fuente de radiación;
- las paredes de la oficina deben ser mate;
- presione el botón "inicio" después de instalar el emisor en el foco patológico.

INTRODUCCIÓN

Los principales instrumentos que utiliza el cirujano para la disección de tejidos son el bisturí y las tijeras, es decir, instrumentos cortantes. Sin embargo, las heridas y cortes realizados con bisturí y tijeras se acompañan de sangrado, lo que requiere el uso de medidas especiales de hemostasia. Además, cuando entran en contacto con el tejido, los instrumentos cortantes pueden propagar microflora y células tumorales malignas a lo largo de la línea de corte. En este sentido, los cirujanos han soñado durante mucho tiempo con tener a su disposición un instrumento que pudiera realizar un corte sin sangre y al mismo tiempo destruir la microflora patógena y las células tumorales en la herida quirúrgica. Las intervenciones en un “campo quirúrgico seco” son ideales para cirujanos de cualquier perfil.

Los intentos de crear un bisturí "ideal" se remontan a finales del siglo pasado, cuando se diseñó el llamado cuchillo eléctrico, que funcionaba con corrientes de alta frecuencia. Este dispositivo, en versiones más avanzadas, es actualmente bastante utilizado por cirujanos de diversas especialidades. Sin embargo, a medida que se acumula experiencia, lados negativos"electrocirugía", la principal de las cuales es una zona demasiado grande de quemadura de tejido térmico en el área de la incisión. Se sabe que cuanto más amplia es la zona de la quemadura, peor cicatriza la herida quirúrgica. Además, cuando se utiliza un cuchillo eléctrico, se hace necesario incluir el cuerpo del paciente en circuito eléctrico. Los dispositivos electroquirúrgicos afectan negativamente el funcionamiento de los dispositivos electrónicos y los dispositivos para controlar las funciones vitales del cuerpo durante la cirugía. Las máquinas criocirugía también causan daños importantes a los tejidos, lo que perjudica el proceso de curación. La velocidad de disección de tejido con crioscalpelo es muy baja. De hecho, esto no implica disección, sino destrucción de tejido. También se observa una importante zona de quemadura cuando se utiliza un bisturí de plasma. Si tenemos en cuenta que el rayo láser tiene propiedades hemostáticas pronunciadas, así como la capacidad de sellar los bronquiolos, los conductos biliares y los conductos pancreáticos, el uso de la tecnología láser en cirugía se vuelve extremadamente prometedor. Algunas de las ventajas del uso de láseres en cirugía se enumeran brevemente y se relacionan principalmente con los láseres de dióxido de carbono (láseres de CO 2). Además de ellos, en medicina se utilizan láseres que funcionan según otros principios y con otras sustancias de trabajo. Estos láseres tienen cualidades fundamentalmente diferentes cuando actúan sobre tejidos biológicos y se utilizan para indicaciones relativamente limitadas, en particular en cirugía cardiovascular, oncología, para el tratamiento de enfermedades quirúrgicas de la piel y las mucosas visibles, etc.

LÁSERES Y SU APLICACIÓN EN MEDICINA

A pesar de la naturaleza común de la luz y las ondas de radio, durante muchos años la óptica y la radioelectrónica se desarrollaron de forma independiente, independientemente una de otra. Parecía que las fuentes de luz (partículas excitadas y generadores de ondas de radio) tenían poco en común. Sólo a mediados del siglo XX apareció el trabajo sobre la creación de amplificadores moleculares y generadores de ondas de radio, lo que marcó el comienzo de un nuevo campo independiente de la física: la electrónica cuántica.

La electrónica cuántica estudia métodos para amplificar y generar oscilaciones electromagnéticas mediante emisión estimulada de sistemas cuánticos. Los avances en esta área del conocimiento se utilizan cada vez más en la ciencia y la tecnología. Conozcamos algunos de los fenómenos subyacentes a la electrónica cuántica y el funcionamiento de los generadores cuánticos ópticos: los láseres.

Los láseres son fuentes de luz que funcionan mediante el proceso de emisión forzada (estimulada, inducida) de fotones por átomos o moléculas excitados bajo la influencia de fotones de radiación que tienen la misma frecuencia. Rasgo distintivo Este proceso consiste en que el fotón que surge durante la emisión estimulada es idéntico en frecuencia, fase, dirección y polarización al fotón externo que provocó su aparición. Esto determina propiedades únicas Generadores cuánticos: alta coherencia de la radiación en el espacio y el tiempo, alta monocromaticidad, estrecha directividad del haz de radiación, enorme concentración del flujo de energía y capacidad de enfocar en volúmenes muy pequeños. Los láseres se crean a partir de diversos medios activos: gaseosos, líquidos o sólidos. Pueden producir radiación en una gama muy amplia de longitudes de onda, desde 100 nm (luz ultravioleta) hasta 1,2 micrones (radiación infrarroja), y pueden funcionar tanto en modo continuo como pulsado.

El láser consta de tres componentes fundamentalmente importantes: un emisor, un sistema de bombeo y una fuente de energía, cuyo funcionamiento se garantiza mediante dispositivos auxiliares especiales.

El emisor está diseñado para convertir la energía de la bomba (transferir la mezcla de helio y neón 3 a un estado activo) en radiación láser y contiene un resonador óptico, que en general es un sistema de elementos reflectantes, refractivos y de enfoque cuidadosamente fabricados, en espacio interno que está emocionado y apoyado cierto tipo Oscilaciones electromagnéticas del rango óptico. El resonador óptico debe tener pérdidas mínimas en la parte de trabajo del espectro, alta precisión Fabricación de unidades y su mutua instalación.

La creación de láseres fue posible como resultado de la implementación de tres ideas físicas fundamentales: la emisión estimulada, la creación de una población inversa de niveles de energía atómica termodinámicamente sin equilibrio y el uso de retroalimentación positiva.

Las moléculas excitadas (átomos) son capaces de emitir fotones luminiscentes. Esta radiación es un proceso espontáneo. Es aleatorio y caótico en tiempo, frecuencia (puede haber transiciones entre en diferentes niveles), en la dirección de propagación y polarización. Otra radiación, forzada o inducida, se produce cuando un fotón interactúa con una molécula excitada si la energía del fotón es igual a la diferencia en los niveles de energía correspondientes. En la emisión forzada (inducida), el número de transiciones realizadas por segundo depende del número de fotones que entran en la sustancia durante el mismo tiempo, es decir, de la intensidad de la luz, así como del número de moléculas excitadas. En otras palabras, cuanto mayor sea la población de los correspondientes estados de energía excitados, mayor será el número de transiciones forzadas.

La radiación inducida es idéntica a la radiación incidente en todos los aspectos, incluso en fase, por lo que podemos hablar de amplificación coherente de una onda electromagnética, que se utiliza como la primera idea fundamental en los principios de la generación de láser.

La segunda idea, implementada al crear láseres, es crear sistemas termodinámicos en desequilibrio en los que, contrariamente a la ley de Boltzmann, más nivel alto hay más partículas que en el inferior. El estado del medio en el que para al menos dos niveles de energía resulta que el número de partículas con mayor energía excede el número de partículas con menor energía se llama estado con población de niveles invertida, y el medio se llama activo. Es el medio activo en el que los fotones interactúan con los átomos excitados, provocando sus transiciones forzadas a un nivel inferior con la emisión de cuantos de radiación inducida (estimulada), es decir, la sustancia de trabajo del láser. Un estado con una población inversa de niveles se obtiene formalmente a partir de la distribución de Boltzmann para T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Se puede crear un estado de inversión de población seleccionando partículas con menor energía o excitando especialmente las partículas, por ejemplo, con luz o una descarga eléctrica. Por sí solo, un estado de temperatura negativa no existe durante mucho tiempo.

La tercera idea utilizada en los principios de la generación de láser se originó en la radiofísica y es el uso de retroalimentación positiva. Durante su ejecución, parte de la emisión estimulada generada permanece dentro de la sustancia de trabajo y provoca la emisión estimulada por átomos cada vez más excitados. Para implementar tal proceso, el medio activo se coloca en un resonador óptico, que generalmente consta de dos espejos, seleccionados de modo que la radiación que surge en él pase repetidamente a través del medio activo, convirtiéndolo en un generador de radiación estimulada coherente.

El primer generador de este tipo en el rango de microondas (maser) fue diseñado en 1955 de forma independiente por los científicos soviéticos N. G. Basoi y A. M. Prokhorov y los científicos estadounidenses, C. Townes y otros. Dado que el funcionamiento de este dispositivo se basaba en la emisión estimulada de moléculas de amoníaco, el generador. se llamó molecular.

En 1960, se creó el primer generador cuántico de radiación visible: un láser con un cristal de rubí como sustancia de trabajo (medio activo). Ese mismo año se creó el láser de gas helio-neón. La gran variedad de láseres creados actualmente se puede clasificar según el tipo de sustancia de trabajo: se distinguen láseres de gas, líquidos, semiconductores y de estado sólido. Dependiendo del tipo de láser, se informa la energía para crear la inversión de población. diferentes caminos: excitación por luz muy intensa - "bombeo óptico", por descarga eléctrica de gas, en láseres semiconductores - descarga eléctrica. Según la naturaleza de su brillo, los láseres se dividen en pulsados ​​y continuos.

Consideremos el principio de funcionamiento de un láser de rubí de estado sólido. El rubí es un cristal de óxido de aluminio Al 2 0 3 que contiene aproximadamente un 0,05% de iones de cromo Cr 3+ como impureza. La excitación de los iones de cromo se realiza mediante bombeo óptico utilizando fuentes de luz pulsada de alta potencia. Uno de los diseños utiliza un reflector tubular con una sección transversal elíptica. Dentro del reflector hay una lámpara de destello de xenón directo y una varilla de rubí ubicada a lo largo de las líneas que pasan por los focos de la elipse (Fig. 1). La superficie interior del reflector de aluminio está pulida o plateada. La propiedad principal de un reflector elíptico es que la luz que sale de uno de sus focos (lámpara de xenón) y se refleja en las paredes entra en el otro foco del reflector (barra de rubí).

El láser de rubí funciona según un esquema de tres niveles (Fig. 2 a). Como resultado del bombeo óptico, los iones de cromo se mueven desde el nivel del suelo 1 al estado excitado de corta duración 3. Luego se produce una transición no radiativa al estado de larga duración (metaestable) 2, a partir del cual la probabilidad de una radiación espontánea La transición es relativamente pequeña. Por tanto, se produce la acumulación de iones excitados en el estado 2 y se crea una población inversa entre los niveles 1 y 2. En condiciones normales, la transición del 2º al 1º nivel se produce de forma espontánea y se acompaña de luminiscencia con una longitud de onda de 694,3 nm. La cavidad del láser tiene dos espejos (ver Fig. 1), uno de los cuales tiene un coeficiente de reflexión R de la intensidad de la luz reflejada e incidente sobre el espejo), el otro espejo es translúcido y transmite parte de la radiación que incide sobre él ( R< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

Junto con el láser de rubí que funciona según un esquema de tres niveles, se han generalizado los esquemas láser de cuatro niveles basados ​​​​en iones de elementos de tierras raras (neodimio, samario, etc.) incrustados en una matriz cristalina o de vidrio (Fig.24). , b). En tales casos, se crea una inversión poblacional entre dos niveles excitados: el nivel 2 de larga duración y el nivel 2 de corta duración".

Un láser de gas muy común es el láser de helio-neón, que se excita mediante una descarga eléctrica. El medio activo que contiene es una mezcla de helio y neón en una proporción de 10:1 y una presión de aproximadamente 150 Pa. Los átomos de neón se emiten, los átomos de helio desempeñan un papel de apoyo. En la Fig. 24, c muestra los niveles de energía de los átomos de helio y neón. La generación ocurre durante la transición entre los niveles 3 y 2 del neón. Para crear una población inversa entre ellos, es necesario poblar el nivel 3 y vaciar el nivel 2. La población del nivel 3 se produce con la ayuda de átomos de helio. Durante una descarga eléctrica, el impacto de los electrones excita los átomos de helio a un estado de larga duración (con una vida útil de aproximadamente 10 3 s). La energía de este estado está muy cerca de la energía del nivel 3 del neón, por lo tanto, cuando un átomo de helio excitado choca con un átomo de neón no excitado, se transfiere energía, como resultado de lo cual se puebla el nivel 3 del neón. Para el neón puro, la vida útil en este nivel es corta y los átomos se mueven a los niveles 1 o 2, y se realiza la distribución de Boltzmann. El agotamiento del nivel 2 del neón se produce principalmente debido a la transición espontánea de sus átomos al estado fundamental al chocar con las paredes del tubo de descarga. Esto asegura una población inversa estacionaria de los niveles 2 y 3 de neón.

El elemento estructural principal de un láser de helio-neón (Fig. 3) es un tubo de descarga de gas con un diámetro de aproximadamente 7 mm. Se incorporan electrodos en el tubo para crear una descarga de gas y excitar el helio. En los extremos del tubo, en el ángulo de Brewster, hay ventanas, por lo que la radiación está polarizada en un plano. Fuera del tubo se montan espejos resonadores plano-paralelos, uno de ellos translúcido (coeficiente de reflexión R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Los espejos resonadores están fabricados con revestimientos multicapa y, debido a la interferencia, se crea el coeficiente de reflexión requerido para una longitud de onda determinada. Los láseres más utilizados son los de helio-neón, que emiten luz roja con una longitud de onda de 632,8 nm. La potencia de estos láseres es baja, no supera los 100 mW.

El uso de láseres se basa en las propiedades de su radiación: alta monocromaticidad (~ 0,01 nm), potencia suficientemente alta, estrechez del haz y coherencia.

La estrechez del haz de luz y su baja divergencia permitieron utilizar láseres para medir la distancia entre la Tierra y la Luna (la precisión resultante es de unas decenas de centímetros), la velocidad de rotación de Venus y Mercurio, etc.

Su uso en holografía se basa en la coherencia de la radiación láser. Se han desarrollado gastroscopios basados ​​en un láser de helio-neón utilizando fibra óptica, que permiten la formación holográfica de una imagen tridimensional. cavidad interna estómago.

La naturaleza monocromática de la radiación láser es muy conveniente para excitar espectros Raman de átomos y moléculas.

Los láseres se utilizan ampliamente en cirugía, odontología, oftalmología, dermatología y oncología. Los efectos biológicos de la radiación láser dependen tanto de las propiedades del material biológico como de las propiedades de la radiación láser.

Todos los láseres utilizados en medicina se dividen convencionalmente en 2 tipos: de baja intensidad (la intensidad no supera los 10 W/cm2, con mayor frecuencia alrededor de 0,1 W/cm2) - terapéutico y de alta intensidad - quirúrgico. La intensidad de los láseres más potentes puede alcanzar los 10 14 W/cm 2; en medicina se suelen utilizar láseres con una intensidad de 10 2 - 10 6 W/cm 2.

Los láseres de baja intensidad son aquellos que no provocan un efecto destructivo notable sobre el tejido directamente durante la irradiación. En las regiones visible y ultravioleta del espectro, sus efectos son causados ​​por reacciones fotoquímicas y no difieren de los efectos causados ​​por la luz monocromática recibida de fuentes convencionales e incoherentes. En estos casos, los láseres son simplemente fuentes de luz monocromáticas convenientes que proporcionan una localización y dosificación precisas de la exposición. Los ejemplos incluyen el uso de luz láser de helio-neón para el tratamiento de úlceras tróficas, enfermedades coronarias, etc., así como láseres de criptón y otros para el daño fotoquímico de tumores en la terapia fotodinámica.

Se observan fenómenos cualitativamente nuevos cuando se utilizan imágenes visibles o Radiación ultravioleta Láseres de alta intensidad. En experimentos fotoquímicos de laboratorio con fuentes de luz convencionales, así como en la naturaleza bajo la influencia de la luz solar, suele producirse una absorción de fotón único. Esto se establece en la segunda ley de la fotoquímica, formulada por Stark y Einstein: cada molécula que participa en una reacción química bajo la influencia de la luz absorbe un cuanto de radiación, que provoca la reacción. La naturaleza de absorción de fotón único, descrita por la segunda ley, se cumple porque a intensidades de luz ordinarias es prácticamente imposible que dos fotones entren simultáneamente en una molécula en el estado fundamental. Si tal evento ocurriera, la expresión tomaría la forma:

2hv = E t - E k ,

lo que significaría la suma de la energía de dos fotones para la transición de una molécula del estado energético E k a un estado con energía E g. Tampoco hay absorción de fotones por moléculas excitadas electrónicamente, ya que su vida útil es corta, y las intensidades de irradiación habitualmente utilizadas son bajas. Por lo tanto, la concentración de moléculas excitadas electrónicamente es baja y su absorción de otro fotón es extremadamente improbable.

Sin embargo, si se aumenta la intensidad de la luz, se hace posible la absorción de dos fotones. Por ejemplo, la irradiación de soluciones de ADN con radiación láser pulsada de alta intensidad con una longitud de onda de aproximadamente 266 nm condujo a una ionización de moléculas de ADN similar a la causada por la radiación y. La exposición a la radiación ultravioleta de baja intensidad no provocó ionización. Se descubrió que la irradiación de soluciones acuosas de ácidos nucleicos o sus bases con pulsos de picosegundos (duración del pulso de 30 ps) o nanosegundos (10 ns) con intensidades superiores a 10 6 W/cm 2 conducía a transiciones electrónicas que resultaban en la ionización de moléculas. Con pulsos de picosegundos (Fig.4, a) la población de alta niveles electronicos ocurrió según el esquema (S 0 --> S1 --> S n), y con hv hv nanosegundo (Fig. 4., b) - según el esquema (S 0 --> S1 -> T g -> Tp). En ambos casos, las moléculas recibieron energía superior a la energía de ionización.

La banda de absorción del ADN se encuentra en la región ultravioleta del espectro en< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

La absorción de cualquier radiación conduce a la liberación de una cierta cantidad de energía en forma de calor, que se disipa de las moléculas excitadas al espacio circundante. La radiación infrarroja es absorbida principalmente por el agua y provoca principalmente efectos térmicos. Por lo tanto, la radiación de láseres infrarrojos de alta intensidad provoca un efecto térmico inmediato notable en el tejido. El efecto térmico de la radiación láser en medicina se entiende principalmente como evaporación (corte) y coagulación de tejidos biológicos. Esto se aplica a distintos láseres con intensidades de 1 a 10 7 W/cm 2 y con duraciones de irradiación de milisegundos a varios segundos. Estos incluyen, por ejemplo, un láser de gas CO 2 (con una longitud de onda de 10,6 μm), un láser Nd:YAG (1,064 μm) y otros. El láser Nd:YAG es el láser de cuatro niveles de estado sólido más utilizado. La generación se lleva a cabo mediante transiciones de iones de neodimio (Nd 3+) introducidos en cristales de granate de itrio y aluminio (YAG) Y 3 Al 5 0 12.

Además de calentar el tejido, parte del calor se elimina debido a la conductividad térmica y el flujo sanguíneo. A temperaturas inferiores a 40 °C no se observan daños irreversibles. A una temperatura de 60 °C comienzan la desnaturalización de las proteínas, la coagulación de los tejidos y la necrosis. A 100-150 °C se produce deshidratación y carbonización, y a temperaturas superiores a 300 °C el tejido se evapora.

Cuando la radiación proviene de un láser enfocado de alta intensidad, la cantidad de calor generada es grande, creando un gradiente de temperatura en el tejido. En el punto donde incide el haz, el tejido se evapora y se produce carbonización y coagulación en las zonas adyacentes (Fig. 6). La fotoevaporación es un método de eliminación o corte de tejido capa por capa. Como resultado de la coagulación, los vasos sanguíneos se sellan y se detiene el sangrado. Así, como bisturí quirúrgico para cortar tejidos biológicos se utiliza un haz enfocado de un láser de CO 2 continuo () con una potencia de aproximadamente 2 * 10 3 W/cm 2.

Si se reduce la duración de la exposición (10 - 10 s) y se aumenta la intensidad (por encima de 10 6 W/cm 2), el tamaño de las zonas de carbonización y coagulación se vuelve insignificante. Este proceso se llama fotoablación (fotorremoción) y se utiliza para eliminar tejido capa por capa. La fotoablación se produce con densidades de energía de 0,01 a 100 J/cm 2 .

Con un aumento adicional de la intensidad (10 W/cm y más), es posible otro proceso: la "ruptura óptica". Este fenómeno se debe a una tensión muy alta. campo eléctrico La radiación láser (comparable a la intensidad de los campos eléctricos intraatómicos) ioniza la materia, se forma plasma y se generan ondas de choque mecánicas. La degradación óptica no requiere la absorción de cuantos de luz por una sustancia en el sentido habitual; se observa en medios transparentes, por ejemplo en el aire;

En medicina, los láseres han encontrado su aplicación en forma de bisturí láser. Su uso para operaciones quirúrgicas está determinado por las siguientes propiedades:

Realiza un corte relativamente sin sangre, ya que simultáneamente con la disección del tejido, coagula los bordes de la herida "sellando" vasos sanguíneos no demasiado grandes;

El bisturí láser se distingue por sus propiedades de corte constantes. El contacto con un objeto duro (por ejemplo, un hueso) no desactiva el bisturí. Para un bisturí mecánico, tal situación sería fatal;

El rayo láser, por su transparencia, permite al cirujano ver la zona operada. La hoja de un bisturí común, así como la hoja de un bisturí eléctrico, siempre bloquean hasta cierto punto el campo de trabajo del cirujano;

El rayo láser corta el tejido a distancia sin ejercer ningún efecto mecánico sobre el tejido;

El bisturí láser garantiza una esterilidad absoluta, porque sólo la radiación interactúa con el tejido;

El rayo láser actúa estrictamente localmente, la evaporación del tejido se produce sólo en el punto focal. Las áreas adyacentes de tejido se dañan significativamente menos que cuando se usa un bisturí mecánico;

La práctica clínica ha demostrado que una herida causada por un bisturí láser apenas duele y sana más rápido.

Uso práctico El uso del láser en cirugía comenzó en la URSS en 1966 en el Instituto A.V. Vishnevsky. El bisturí láser se utilizó en operaciones en los órganos internos de las cavidades torácica y abdominal. Actualmente, los rayos láser se utilizan para realizar cirugías plásticas de la piel, operaciones de esófago, estómago, intestinos, riñones, hígado, bazo y otros órganos. Es muy tentador realizar operaciones con láser en órganos que contienen un gran número de vasos sanguíneos, por ejemplo, en el corazón, el hígado.

Los instrumentos láser se utilizan especialmente en cirugía ocular. El ojo, como sabéis, es un órgano con una estructura muy fina. En cirugía ocular, la precisión y la velocidad de manipulación son especialmente importantes. Además, resultó que con la selección correcta de la frecuencia de la radiación láser, ésta pasa libremente a través de los tejidos transparentes del ojo sin afectarlos. Esto le permite realizar operaciones en el cristalino del ojo y el fondo de ojo sin realizar ninguna incisión. Actualmente se realizan con éxito operaciones para retirar la lente evaporándola muy brevemente y impulso poderoso. En este caso, no se dañan los tejidos circundantes, lo que acelera el proceso de curación, que dura literalmente unas pocas horas. A su vez, esto facilita enormemente la implantación posterior de una lente artificial. Otra operación dominada con éxito es la soldadura de una retina desprendida.

Los láseres también se utilizan con bastante éxito en el tratamiento de enfermedades oculares tan comunes como la miopía y la hipermetropía. Una de las causas de estas enfermedades es un cambio en la configuración de la córnea por algún motivo. Con la ayuda de una irradiación de la córnea con radiación láser dosificada con mucha precisión, es posible corregir sus defectos y restaurar la visión normal.

Es difícil sobreestimar la importancia del uso de la terapia con láser en el tratamiento de numerosas enfermedades oncológicas causadas por la división incontrolada de células modificadas. Al enfocar con precisión el rayo láser en grupos de células cancerosas, los grupos pueden destruirse por completo sin dañar las células sanas.

Se utilizan ampliamente diversas sondas láser para diagnosticar enfermedades de diversos órganos internos, especialmente en los casos en que el uso de otros métodos es imposible o muy difícil.

EN fines medicinales Se utiliza radiación láser de baja energía. La terapia con láser se basa en la combinación del impacto en el cuerpo de la radiación pulsada de banda ancha del rango infrarrojo cercano junto con constante campo magnético. El efecto terapéutico (curativo) de la radiación láser en un organismo vivo se basa en reacciones fotofísicas y fotoquímicas. A nivel celular, en respuesta a la acción de la radiación láser, la actividad energética de las membranas celulares cambia, se activa el aparato nuclear de las células del sistema ADN-ARN-proteína y, en consecuencia, aumenta el potencial bioenergético de las células. La reacción a nivel del organismo en su conjunto se expresa en manifestaciones clínicas. Se trata de efectos analgésicos, antiinflamatorios y antiedematosos, mejora de la microcirculación no sólo en los tejidos irradiados, sino también en los tejidos circundantes, aceleración de la curación del tejido dañado, estimulación de factores inmunoprotectores generales y locales, reducción de la colecistitis en la sangre, efecto bacteriostático.

El uso de láseres en medicina es fundamentalmente diferente de otras numerosas áreas de aplicación tecnológica de los láseres. Las tecnologías médicas láser se distinguen por su orientación humanista. Si un problema de salud es suficientemente grave para la persona misma o para su ser querido, entonces los problemas médicos se vuelven muchísimo más importantes que cualquier otro problema.

Las tecnologías médicas con láser se distinguen por su versatilidad, complejidad y diversidad. La medicina láser implica el efecto de la radiación láser en varias partes del cuerpo: piel, huesos, músculos, tejidos grasos, tendones, órganos internos, ojos, tejidos dentales, etc. Además, cada uno de ellos a su vez tiene Estructura compleja. Así, en un diente se puede examinar por separado el esmalte, la dentina y la pulpa. En la piel: estrato córneo, epidermis, dermis. Todos estos tejidos tienen propiedades propias, tanto ópticas (características espectrales, reflectancia, profundidad de penetración de la radiación) como termofísicas (conductividad térmica, difusividad térmica, capacidad calorífica), diferentes a las propiedades de otros tejidos biológicos. Por lo tanto, la naturaleza del efecto de la radiación láser sobre ellos también difiere. En consecuencia, en cada caso es necesario seleccionar parámetros individuales del modo de irradiación: longitud de onda, duración de la exposición, potencia, frecuencia de repetición del pulso, etc. La fuerte diferencia en las propiedades de los tejidos biológicos hace posibles efectos específicos, por ejemplo, efectos percutáneos sobre tejidos patológicos (irradiación de tejidos subcutáneos sin daños significativos a la piel).

Cada tejido, por su naturaleza biológica, es heterogéneo y tiene una microestructura compleja. Los tejidos blandos contienen una cantidad significativa de agua. Los huesos contienen varios minerales. La consecuencia de esto es el hecho de que el efecto de la radiación sobre los tejidos, especialmente la destructiva y quirúrgica, para diferentes tejidos y longitudes de onda de radiación difiere no sólo cuantitativa sino también cualitativamente. Esto significa que existen varios mecanismos completamente diferentes para eliminar el tejido biológico: coagulación térmica y de baja energía con reabsorción posterior, mecanismos explosivos y ablación "en frío".

Curiosamente, para llevar a cabo un efecto terapéutico en una parte específica del cuerpo, la exposición al láser se puede dirigir a un objeto completamente diferente. La terapia con láser es indicativa aquí, cuando la irradiación de sangre, puntos especiales o proyecciones de órganos en la piel humana (zonas de Zakharyin-Ged), el pie o la palma o la zona de la columna tiene un efecto en órganos internos muy alejados del área de influencia. , y en todo el cuerpo en su conjunto.

Además, dado que el cuerpo es un todo, el efecto del efecto continúa durante mucho tiempo después de su finalización. Después de la cirugía láser, la reacción del cuerpo continúa durante días, semanas e incluso meses.

Esta complejidad y complejidad de la medicina láser la hace muy interesante para la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías.

¿Por qué la radiación láser ha encontrado un uso tan extendido en la medicina? Las principales características de la radiación láser aplicada a la medicina láser son:

• -directividad, monocromaticidad, coherencia, que determinan la posibilidad de localización de energía,
• - amplia gama espectral de los láseres existentes (esto es especialmente importante en el caso de que la absorción sea de naturaleza resonante),
• - la capacidad de controlar ampliamente la duración de la exposición (los láseres existentes proporcionan una duración de la exposición desde el rango de femtosegundos hasta la exposición continua),
• - la capacidad de cambiar suavemente la intensidad de la exposición en un amplio rango,
• - la posibilidad de cambiar las características de frecuencia de la influencia,
• - amplias posibilidades para el control óptico de procesos, incluida la posibilidad de organizar la retroalimentación,
• - una amplia gama de mecanismos de acción: térmico, fotoquímico, puramente biofísico, químico,
• - facilidad de administración de radiación,
• - la posibilidad de exposición sin contacto, que garantiza la esterilidad,
• - la posibilidad de realizar operaciones incruentas asociadas al efecto térmico y, por tanto, coagulante de la radiación.

Por tanto, el láser parece ser una herramienta extremadamente precisa, versátil y fácil de usar y tiene un gran potencial para futuras aplicaciones médicas.

Principio de funcionamiento del láser

El diagrama principal del funcionamiento de cualquier emisor láser se puede presentar de la siguiente manera (Fig. 1).

Arroz. 1.

La estructura de cada uno de ellos incluye una varilla cilíndrica con una sustancia de trabajo, en cuyos extremos hay espejos, uno de los cuales tiene baja permeabilidad. En las inmediaciones del cilindro con la sustancia de trabajo se encuentra una lámpara de destellos, que puede estar paralela a la varilla o rodearla en forma de serpentina. Se sabe que en los cuerpos calentados, por ejemplo en una lámpara incandescente, se produce radiación espontánea, en la que cada átomo de la sustancia emite a su manera y, por tanto, se producen flujos de ondas de luz dirigidas aleatoriamente entre sí. Un emisor láser utiliza la llamada emisión estimulada, que se diferencia de la emisión espontánea y se produce cuando un átomo excitado es atacado por un cuanto de luz. El fotón emitido en este caso es absolutamente idéntico en todas las características electromagnéticas al primario que atacó al átomo excitado. Como resultado, aparecen dos fotones con la misma longitud de onda, frecuencia, amplitud, dirección de propagación y polarización. Es fácil imaginar que en el medio activo hay un proceso de aumento similar a una avalancha en el número de fotones, copiando el fotón "semilla" primario en todos los parámetros y formando un flujo de luz unidireccional. La sustancia de trabajo actúa como un medio activo en el emisor láser y la excitación de sus átomos (bombeo láser) se produce debido a la energía de la lámpara de destello. Las corrientes de fotones, cuya dirección de propagación es perpendicular al plano de los espejos, reflejadas desde su superficie, pasan repetidamente a través de la sustancia de trabajo de un lado a otro, provocando cada vez más reacciones en cadena similares a avalanchas. Dado que uno de los espejos es parcialmente transparente, algunos de los fotones resultantes salen en forma de un rayo láser visible.

De este modo, rasgo distintivo La radiación láser son ondas electromagnéticas monocromáticas, coherentes y altamente polarizadas en flujo luminoso. La monocromaticidad se caracteriza por la presencia en el espectro de una fuente de fotones de predominantemente una longitud de onda; la coherencia es la sincronización en el tiempo y el espacio de ondas de luz monocromáticas. La alta polarización es un cambio natural en la dirección y magnitud del vector de radiación en un plano perpendicular al haz de luz. Es decir, los fotones en un flujo de luz láser no solo tienen longitudes de onda, frecuencias y amplitudes constantes, sino también la misma dirección de propagación y polarización. Mientras que la luz ordinaria consiste en partículas heterogéneas que se dispersan aleatoriamente. Para ponerlo en perspectiva, la diferencia entre la luz emitida por un láser y una lámpara incandescente común y corriente es la misma que la diferencia entre el sonido de un diapasón y el ruido de la calle.

Aplicación de láseres en odontología.

En odontología, la radiación láser ha ocupado firmemente un nicho bastante grande. En el Departamento de Odontología Ortopédica de la Universidad Médica Estatal de Bielorrusia se trabaja en el estudio de las posibilidades de utilización de la radiación láser, que cubre tanto los aspectos fisioterapéuticos como quirúrgicos de la acción del láser sobre los órganos y tejidos de la zona maxilofacial. y cuestiones del uso tecnológico del láser en las etapas de fabricación y reparación de prótesis y dispositivos.

Actualmente, es difícil imaginar el progreso de la medicina sin las tecnologías láser, que han abierto nuevas oportunidades para resolver numerosos problemas médicos. El estudio de los mecanismos de acción de la radiación láser de diferentes longitudes de onda y niveles de energía sobre el tejido biológico permite crear dispositivos médicos láser multifuncionales, cuyo rango de aplicación en la práctica clínica se ha vuelto tan amplio que es muy difícil responder a la pregunta. Pregunta: ¿Para el tratamiento de qué enfermedades no se utilizan los láseres?
El desarrollo de la medicina láser se divide en tres ramas principales: cirugía láser, terapia láser y diagnóstico láser.

En la cirugía láser existen bastantes potentes láseres con una potencia de radiación media de decenas de vatios, que puede calentar mucho el tejido biológico, lo que provoca su corte o evaporación. Estas y otras características de los láseres quirúrgicos determinan el uso de varios tipos en cirugía, operando sobre diferentes medios láser activos.

Las propiedades únicas del rayo láser permiten realizar operaciones que antes eran imposibles utilizando nuevos métodos eficaces y mínimamente invasivos.

Los sistemas láser quirúrgicos proporcionan:

• vaporización y destrucción efectiva de tejido biológico por contacto y sin contacto;
• campo quirúrgico seco;
• daño mínimo a los tejidos circundantes;
• hemo y aerostasis eficaz;
• parada de conductos linfáticos;
• alta esterilidad y ablasticidad;
• compatibilidad con instrumentos endoscópicos y laparoscópicos

Esto permite utilizar eficazmente láseres quirúrgicos para realizar una amplia variedad de intervenciones quirúrgicas:
En urología:

entre mujeres

• Cirugía plástica de labios mayores y menores, perineo.
• Cirugía plástica perineal para roturas posparto y traumáticas.
• Cirugía plástica de la deformidad de la cicatriz cervical.
• Refloración (restauración del himen)

en un hombre

• Corrección láser del frenillo del pene.
• Circuncisión (tratamiento con láser de la fimosis)
• Extirpación de condilomas de pene, uretra, perineo, zona perianal.

En ginecología:

• Terapia con láser para enfermedades subyacentes y precancerosas del cuello uterino (erosión, leucoplasia, pólipos, quistes de Naboth, condilomas, displasia).
• Terapia con láser y extirpación con láser de condilomas de los genitales externos (según la prevalencia del proceso).
• Terapia con láser y extirpación con láser de condilomas de la piel del perineo y zona perianal.
• Tratamiento de enfermedades distróficas de la vulva.

en ortopedia:tratamiento de hallux valgus, uña encarnada, etc.

La cosmetología tampoco se ignora. El láser se utiliza para la depilación, el tratamiento de defectos vasculares y pigmentados de la piel, la eliminación de verrugas y papilomas, el rejuvenecimiento de la piel, la eliminación de tatuajes y manchas de la edad, etc.

La historia de la invención del láser comenzó en 1916, cuando Albert Einstein creó la teoría de la interacción de la radiación con la materia, que incluía la idea de la posibilidad de crear amplificadores cuánticos y generadores de ondas electromagnéticas.

En 1960, el físico estadounidense Theodore Maiman, basándose en el trabajo de N. Basov, A. Prokhorov y C. Townes, diseñó el primer láser de rubí con una longitud de onda de 0,69 micrones. Ese mismo año, el Dr. Leon Goldman lo hizo por primera vez. Usó un láser de rubí para la destrucción de los folículos pilosos. Así comenzó la historia del uso a gran escala de la tecnología láser en la medicina estética.

En 1983, Anderson y Parrish propusieron un método de fototermólisis selectiva, que se basa en la capacidad de los tejidos biológicos para absorber selectivamente radiación luminosa de una determinada longitud de onda, lo que conduce a su destrucción local. Cuando es absorbida por los principales cromóforos de la piel (agua, hemoglobina o melanina), la energía electromagnética de la radiación láser se convierte en calor, lo que provoca el calentamiento y la coagulación de los cromóforos.

La cosmetología láser es una de las áreas de la medicina estética de más rápido crecimiento. Hace apenas unos años, el rejuvenecimiento visible se asociaba con el trabajo de un cirujano plástico, pero hoy en día cada salón de belleza prestigioso cuenta con dispositivos de tecnología avanzada: fotografía, sistema IPL o láser. La energía de la luz ha acudido en ayuda de los cosmetólogos.

Hoy en día existen muchos dispositivos láser diferentes y han entrado en la cosmetología gracias al rejuvenecimiento con láser. Fue esto lo que sirvió como tarjeta de presentación del láser cosmetología. Un potente rayo de luz delante de los ojos suavizó las irregularidades cicatriciales de la piel, eliminó la capa superior de la epidermis y, junto con ella, la pigmentación no deseada. Luego, no importó que la piel gravemente lesionada sanara en 2 semanas, lo principal. Fue un resultado excelente, del que tanto el médico como el paciente quedaron satisfechos. Las cicatrices y cicatrices son un problema relevante en todo momento.

La depilación láser Apareció hace no más de 30 años. Esto se asoció con el surgimiento de la teoría de la "fototermólisis selectiva". Habla del hecho de que cualquier tejido humano coloreado (cabello, vasos sanguíneos en la superficie de la piel, manchas de la edad) absorbe selectivamente la luz, mientras la calienta y la destruye. La teoría fue probada en 1986 por un grupo de científicos de Estados Unidos, dirigidos por el dermatólogo Rox Anderson. Así, sobre esta base, en 1994 se lanzó el primer dispositivo para fotodepilación, y un dispositivo láser para la depilación láser no entró en el mercado hasta 1996.

Que hace " fototermólisis selectiva"? La cuestión es que el rayo láser, al incidir en el tejido vivo, en particular la piel, afecta los componentes de la piel de diferentes maneras. Los principales componentes de la piel que absorben la luz son el agua, la melanina y la hemoglobina. Estas sustancias se denominan cromóforos de la piel. . Espectros la absorción de estas sustancias es diferente.

Gracias al espectro de radiación optimizado, los aparatos cosmetológicos con luz artificial y fuentes de calor permiten influir selectivamente en las estructuras de los tejidos diana, provocando, por ejemplo, su coagulación. Al realizar procedimientos mediante técnicas fotográficas, para lograr un efecto, el efecto se produce en los vasos sanguíneos superficiales (hemoglobina), en el cabello y los folículos pilosos (melanina), en el colágeno y la elastina de la dermis. Al realizar la terapia para el acné, se lleva a cabo un efecto selectivo sobre los productos de desecho inflamatorios de las bacterias. De una forma u otra, el resultado del impacto es llevar la estructura correspondiente del tejido objetivo a una temperatura crítica, a partir de la cual ella misma y/o los tejidos que la rodean sufren cambios irreversibles. El proceso de calentar selectivamente estructuras de tejido objetivo utilizando una fuente. amplia gama La radiación se llama fototermólisis selectiva.

Basado en el principio de fototermólisis selectiva mediante nanotecnología, se ha desarrollado un nuevo procedimiento altamente eficaz para la fototermólisis fraccionada (Fraxel). Le permite mejorar la calidad de la piel, eliminar la pigmentación no deseada de las arrugas y proporciona una excelente elevación de los tejidos de la cara, cuello y escote. Las sesiones de fototermólisis fraccionada proporcionan buenos resultados en el tratamiento de las consecuencias del acné (cicatrices post-acné). A diferencia de otros métodos de corrección, el procedimiento Fraxel es cómodo y prácticamente indoloro, y además proporciona una rehabilitación rápida.

Así, las ideas banales sobre el láser como un aparato enorme, algo así como el hiperboloide del ingeniero Garin, se han hundido en el olvido. Desde la invención del primer láser de rubí, el tamaño de apartamento de una habitación Han pasado más de 50 años. Y ahora se trata de dispositivos médicos compactos que funcionan en todas las áreas de la medicina y la cosmetología.