Лазеры в медицине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омская государственная медицинская академия

Кафедра физики, математики и медицинской информатики

Реферат

«Лазеры в медицине»

Выполнили:

Женатов К.

преподаватель

Никитин Ю.Б.

Омск 2014

Оглавление

Введение

1. История использования лазеров в медицине

2. Принцип действия лазера

3. Лазерная медицинская аппаратура

4. Применение лазера в различных отраслях медицины

Заключение

Список используемых сайтов и литературы

Введение

Основными инструментами, которые применяет хирург для диссекции тканей, являются скальпель и ножницы, т. е. режущие инструменты. Однако раны и разрезы, производимые скальпелем и ножницами, сопровождаются кровотечением, требующим применения специальных мер гемостаза. Кроме того, при контакте с тканями режущие инструменты могут распространять микрофлору и клетки злокачественных опухолей вдоль линии разреза. В связи с этим с давних пор хирурги мечтали иметь в своем распоряжении такой инструмент, который производил бы бескровный разрез, одновременно уничтожая патогенную микрофлору и опухолевые клетки в операционной ране. Вмешательства на «сухом операционном поле» являются идеалом для хирургов любого профиля.

Попытки создать «идеальный» скальпель относятся к концу прошлого века, когда был сконструирован так называемый электронож, работающий с использованием токов высокой частоты. Этот прибор в более совершенных вариантах в настоящее время применяют довольно широко хирурги различных специальностей. Однако по мере накопления опыта выявлены отрицательные стороны «электрохирургии», основной из которых является слишком большая зона термического ожога тканей в области проведения разреза. Известно, что чем шире зона ожога, тем хуже заживает хирургическая рана. Кроме того, при использовании электроножа возникает необходимость включения тела больного в электрическую цепь. Электрохирургические аппараты отрицательно влияют на работу электронных приборов и устройств слежения за жизнедеятельностью организма во время операции. Криохирургические аппараты также вызывают значительное повреждение тканей, ухудшающее процесс заживления. Скорость рассечения тканей криоскальпелем очень низка. Фактически при этом происходит не рассечение, а деструкция тканей. Значительную зону ожога наблюдают и при использовании плазменного скальпеля. Если принять во внимание, что луч лазера обладает выраженными гемостатическими свойствами, а также способностью герметизировать бронхиолы, желчевыводящие протоки и протоки поджелудочной железы, то применение лазерной техники в хирургии становится исключительно перспективным. Кратко перечисленные некоторые достоинства применения лазеров в хирургии относятся прежде всего к лазерам на углекислом газе (С02-лазерам). Кроме них, в медицине применяют лазеры, работающие на других принципах и на других рабочих веществах. Эти лазеры обладают принципиально другими качествами при воздействии на биологические ткани и применяющих по сравнительно узким показаниям, в частности в сердечно-сосудистой хирургии, в онкологии, для лечения хирургических заболеваний кожи и видимых слизистых оболочек и др.

1. История использования лазеров в медицине

· Применение в физиотерапии искусственных источников света -- электрических ламп со светофильтрами (чтобы выделять нужный спектр), энергетическими параметрами которых можно было управлять (задавать мощность, время, площадь и локализацию воздействия), известно ещё с конца XIX века. За разработку нового метода лечения, фототерапии ряда заболеваний, датскому физиотерапевтуФинсен Н.Р. в 1903 г. была присуждена Нобелевская премия в области медицины. Автор методики и его последователи были убеждены, что эффективность светолечения или хромотерапии, как тогда говорили, напрямую связана с шириной спектральной полосы, которую необходимо «концентрировать» (термин в те времена означал именно сужение, выделение части из всего оптического спектра) и активно работали над созданием предельно узкополосных светофильтров.

Тогда же было показано, что чем уже выделяемый спектр, тем выше лечебный эффект, поэтому не удивительно, что с появлением лазеров, имеющих спектральную линию минимальной ширины, по сути, одну длину волны, методика вышла на принципиально новый уровень, и стала называться лазерной терапией. Кроме того, лазерные диоды (диодные лазеры), которые в настоящее время применяются во всех современных лазерных терапевтических аппаратах, позволяют лучше контролировать параметры методики и варьировать ими в значительно более широких пределах. Лазеры без преувеличения произвели переворот во многих областях науки и техники, в том числе и медицине. Что касается лазерной терапии, то в историческом аспекте можно сделать однозначный вывод о возникновении качественно нового этапа развития светотерапии, прослеживается эволюционная триада: гелиотерапия -- светолечение -- лазерная терапия.

Первые исследования в этой области были связаны с изучением влияния лазерного света на кровь и эритроциты, например, показано, что воздействие света KTP-лазера (зелёный спектр, длина волны 532 нм, мощность 1 мВт) на эритроциты способствует связыванию гемоглобина с кислородом и истинной оксигенации, но рубиновый лазер (красный спектр, 694 нм) такого эффекта не вызывает. Структура и состав липопротеинов, мембран эритроцитов и митохондрий других клеток при этом не изменяются, что свидетельствует об отсутствии деструктурирующих влияний и безопасности лазерного света малой мощности. То есть уже первые экспериментальные данные показали важность выбора длины волны лазерного света для достижения максимальной биоэффективности. Однако в известной методике внутривенного лазерного освечивания крови (ВЛОК), предложенной российскими учёными, применили менее эффективные гелий-неоновые лазеры (ГНЛ) с длиной волны 633 нм (красный спектр), и сделан такой выбор был исключительно в силу их доступности и относительно низкой цены.

До начала 80-х годов прошлого века, как в России, так и за рубежом, как в исследованиях, при изучении биоэффектов, вызываемых НИЛИ, так и в клинической практике применения лазерной терапии, широко использовали именно ГНЛ. Лишь отдельные экспериментально-клинические работы проводились с использованием низкоэнергетических лазеров, имеющих другую длину волны: аргонового (488 и 514 нм), рубинового (694 нм) , Nd-YAG (1064 нм), углекислотного (СО2, 10600 нм) и др.

С середины 80-х годов прошлого века клиницисты во всём мире стали проявлять интерес к инфракрасным (ИК) импульсным полупроводниковым (диодным) лазерам. На современном этапе развития лазерной терапии в оптимизации методик лазерного воздействия важнейшую роль играет расширение диапазона используемых длин волн. Диодные лазеры тут вне конкуренции, кроме малых габаритов и массы, а также низких питающих напряжений (2,5-10 Вольт) они имеют и то преимущество, что выпускаются с различной длиной волны в очень широком диапазоне, от ультрафиолетовой (365 нм) до дальней инфракрасной (3000 нм) областей спектра. Также некоторые диодные лазеры (с длиной волны 904 и 635 нм) могут работать в импульсном режиме, что обеспечивает их уникальную лечебную эффективность и универсальность.

Как эффективный метод лечения, лазерная терапия была официально признана в СССР в 1974 году, где и получила наибольшее развитие. В Японии институт лазерной терапии успешно работает с 1980 года по сей день, в Китае, Канаде , Вьетнаме , странах Латинской Америки и Восточной Европы метод применяется также давно, пусть и не с таким размахом, как в СССР, а позднее в России. Толчком к продвижению одного из самых перспективных направлений современной физиотерапии стало официальное признание метода в Европе в 2000 году и в США в 2003 году, что привело к настоящему буму в его распространении во всём мире.

Лазерная терапия получила новый мощный толчок в развитии после открытия в Москве в 1986 году Института лазерной медицины МЗ РФ, который 11 лет возглавлял член-корреспондент РАМН, проф. О. К. Скобелкин, позднее переименованного в Государственный научный центр лазерной медицины ФМБА РФ(директор д.м.н., профессор А. В. Гейниц). В центре активно изучаются механизмы взаимодействия НИЛИ с биотканями, разрабатываются и апробируются новые методики лазерной терапии, организованы курсы повышения квалификации для врачей, разработаны и изданы десятки учебно-методических пособий, регулярно проводятся научные конференции.

В ключе перспектив развития метода за рубежом важны рекомендации Всемирной лазерной терапевтической ассоциации в отношении оптимальных параметров лазерного воздействия, поскольку доказано, что для эффективной лазерной терапии чаще всего нужны не максимальные, а именно оптимальные энергетические параметры НИЛИ (мощность, плотность мощности и экспозиция)

В России это понимали всегда, но за рубежом достаточно длительное время преобладало ошибочное мнение,что для хорошего эффекта будто бы нужна большая или очень большая мощность.

2. Принцип действия лазера

Основой лазеров служит явление индуцированного излучения, существование которого было постулировано А. Эйнштейном в 1916 г. В квантовых системах, обладающих дискретными уровнями энергии, существуют три типа переходов между энергетическими состояниями: индуцированные переходы, спонтанные переходы и безызлучательные релаксационные переходы. Свойства индуцированного излучения определяют когерентность излучения и усиления в квантовой электронике. Спонтанное излучение обусловливает наличие шумов, служит затравочным толчком в процессе усиления и возбуждения колебаний и вместе с безызлучательными релаксационными переходами играет важную роль при получении и удержании термодинамически неравновесного излучающего состояния.

При индуцированных переходах квантовая система может переводиться из одного энергетического состояния в другое как с поглощением энергии электромагнитного поля (переход с нижнего энергетического уровня на верхний), так и с излучением электромагнитной энергии (переход с верхнего уровня на нижний).

Свет распространяется в виде электромагнитной волны, в то время как энергия при испускании излучения и поглощении сконцентрирована в световых квантах, при этом при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, как было показано Эйнштейном в 1917 г., наряду с поглощением и спонтанным излучением возникает вынужденное (индуцированное) излучение, которое образует основу для разработки лазеров.

Усиление электромагнитных волн за счет вынужденного излучения или инициирование самовозбуждающихся колебаний электромагнитного излучения в диапазоне сантиметровых волн и тем самым создание прибора, названного мазером (microwave amplification by stimulated emission of radiation), было реализовано в 1954 г. По предложению (1958 г.) распространить этот принцип усиления на значительно более короткие световые волны в 1960 г. был разработан первый лазер (light amplification by stimulated emission of radiation).

Лазер является источником света, с помощью которого может быть получено когерентное электромагнитное излучение, которое известно нам из радиотехники и техники сверхвысоких частот, а также в коротковолновой, в особенности инфракрасной и видимой, областях спектра.

3. Лазерная медицинская аппаратура

- устройства управления и контроля параметров излучения и выбора режима облучения ( предназначены для включения и выключения излучения, выбора, изменения и контроля режимов и параметров излучения, иногда используются компьютеры).

К лазерным инструментам относят:

1. Универсальный лазерный зажим.

2. Зажимные губки (для прилежащей ткани оперируемого органа). Одна из губок имеет узкий сквозной паз для прохождения лазерного излучения к оперируемому органу, связана со специальной рукояткой, управляющей светоприводом со штуцером дымоотсоса.

Вторая зажимная трубка лазерного излучения не пропускает. Зажимный инструмент с зажатой в нем биологической тканью и специальная рукоятка наведения создают при сочленении замкнутую полость, полностью изолирующую окружающее пространство от рассеянного, отраженного и прямого лазерного излучения, и от газообразных продуктов, образующихся при взаимодействии излучения с биотканью.

Рассечение биологической ткани осуществляется вдоль линии, жестко фиксированной сквозным пазом зажимной губки. Оно сопровождается сваркой противоположных стенок губки, а также противоположных стенок полого органа. Скорость рассечения при этом возрастает в несколько раз за счет уменьшения толщины ткани в зоне рассечения и жесткой фиксации линий рассечения, исключающей колебания точки фокусировки излучения как в глубине, так и по поверхности оперируемого органа.

Биологическая сварка противоположных стенок полого отрана происходит за счет выдавливания и коагуляции биологической жидкости в зоне действия лазера. При этом противоположные стенки полого органа фиксируются пластичным коагулянтом.

3. Для работы в труднодоступных областях грудной и брюшной полости используется лазерный хирургический инструмент особой формы, например Г- образный зажим для пересечения прямой кишки.

Для дополнительного закрепления лазерного сквозного шва используют два типа лазерных хирургических инструментов:

1) бесскобочные

2) скобочные (имеет в одной из зажимных губок толкатель с металлическими скобами)

При выполнении операций на органах ЖКТ используется лазерный механический сшивающий аппарат УПО-16. Его преимущества: поверхность шва стерильная, сухая, не кровоточит, надскобочный валик низкий и легко перитонизируется. лазер гинекология регенераторный терапия

4. Применение лазера в различных отраслях медицины

Лазеры в дерматологии

Использовано лазеров в дерматологии вызвано возникновением аллергических реакций на медикоментозном лечение. В наше время в дерматологии применяются He-Ne лазеры, аргоновые, СО2, неодимовые и полупроводниковые лазеры. Их используют для лечения трофических язв, экземы, нейродермита, псориаза, красного плоского лишая, вирусных и доброкачественных поражений кожи. (Ракчеев А.П., 1986).

В практической медицине лазерное излучение применяют в основном для:

стимуляции нарушенных обменных процессов и трофики тканей, коагуляции очага поражения.

Под влиянием излучения активизируется регенеративный процесс, уменьшаются и исчезают боли в очагах поражения, прекращается зуд, происходит активизация обмена клеточных элементов. Наряду с местными выявляются и общие изменения в обмене и реакциях в организме.
Особенностью низкоинтенсивного лазерного облучения является то, что в коже не возникают грубые деструктивные изменения, в облученном участке и организме в целом наблюдается активация обменных и регенераторных процессов

Применение лазерного излучения в отолорингологии
При операциях на гортани используют совмещенные с операционным микроскопом лазерные установки на СО2«Ромашка - 2», «Саяны - МТ» или установку типа «Радуга» на алюмоиттриевом гранате с неодимом. Лазерное излучение подводят с помощью световода к внутренним элементам гортани через эндоскоп с источником «холодного» света, который используется в качестве канала наблюдения.

Лазерную хирургию широко применяют при ряде заболеваний полости носа (полипах, рецидивирующих носовых кровотечениях, хронических ринитах (насморках, гаймороэтмоидитах и др.)

В отиатрии лазерное излучение применяют при ряде заболеваний наружного слухового прохода, полости среднего уха. Используют СО2, Ar, Nd лазеры и лазерные установки на алюмоиттриевом гранате с неодимом.
Лазерная терапия при ЛОР - заболеваниях Используют низкоэнергетическое излучение (ЛГ - 76 ), облучая расфокусированным лучом. Лазерная терапия миндалин способствует снижению активности ревматического процесса. Используют лазерное облучение через световод при лечении заболеваний носа и околоносовых пазух (ЛГ - 75 - 1, «Ягода»).

Для лечения хронических воспалений среднего уха используют лазеры ЛГ - 75, ЛГ - 56, ЛГ - 1, УФЛ - 01. Прекращается гноетечение, улучшается состояние звукопроводящего аппарата среднего уха и др.

Лазеры в гинекологии

В гинекологии лазерную технику применяют для профилактики, диагностики, лечения заболеваний.

Используют He - Ne - лазер, воздействуя на рефлексогенные точки и точки акупунктуры у больных с хроническими воспалительными заболеваниями придатков матки CO2 - лазер применяют для коагуляции эрозии шейки матки.

В диагностике акушерско - гинекологических заболеваний лазерное излучение используют при микроскопических и голографических исследованиях, для просвечивания мягкотканных образований при различных заболеваниях, например, у беременных женщин с сахарным диабетом, нефропатией, гипертонической болезнью

He-Ne лазер используется для устранения болевого синдрома, в т.ч. при обезболивании при родах, оперативных вмешательствах. Применение его в акупунктуре и рефлексотерапии способствует снижению частоты слабости родовой деятельности, акушерских оперативных вмешательств, асфикции плода, мертворождаемости, маточных кровотечений в родах.

Лазеры в офтальмологии

Глаз с его прозрачными преломляющими средами - идеальная модель для использования лазерной коагуляции.

При лечении глаукомы, катаракты используется рубиновый лазер «Ятаган - 1» и твердотельные лазеры на неодиме (ИАГ) с модуляцией добротности. Красный свет рубинового лазера слабо поглощается кровью, поэтому эти лазеры малоэффективны при сосудистых поражениях органа зрения. К недостаткам этих устройств относят: нестабильность энергии на выходе и необходимость систематической проверки и юстировки этих установок.

Лазерная и магнитолазерная терапия

Лазерная и магнитолазерная терапия способствуют благоприятному течению патологического процесса и в конечном итоге ускоряют выздоровление больных . При этом констатировано уменьшение выраженности воспалительной реакции, выраженный аналгезирующий эффект и более активное восстановление поврежденной ткани. В первую очередь представляют интерес данные, характеризующие общую реакцию организма на локальное лазерное воздействие. Установлено, что используемые в практической медицине режимы лазерного и магнитолазерного воздействия не оказывают вредного воздействия на организм. Отмечено, что именно лазерное излучение низкой интенсивности воздействия (в мВт - режиме), обеспечивает местный стимулирующий эффект и безвредно для организма в целом.

Механизм биологического действия лазерного излучения основан на усилении процессов метаболизма ( обмена веществ). В основе этого процесса лежит взаимодействие света и фотосенсибилизатора-вещества, молекулы которого способны поглощать свет и передавать энергию другим, не поглощающим свет молекулам.

Ускорение регенераторного процесса под влиянием лазерного воздействия в целом складывается из уменьшения длительности фаз воспаления и интенсификации восстановительных механизмов.

Уменьшение отека и тканевого напряжения в пораженной ткани (очаге поражения), естественно, сопровождается ослаблением болевого синдрома. Аналгезирующий эффект лазерного облучения отмечен при лечении многих заболеваний, в том числе при деформирующих артрозоартритах, остеохондрозе позвоночника, остром тромбофлебите конечностей, заболеваниях периферической нервной системы.

Заключение

Лазеры в хирургии позволили осуществлять прецизионно точное локальное воздействие. При этом оказалось возможным проводить бескровные операции, т.к. лазерный скальпель коагулирует («заваривает») сосуды в зоне «разреза». Использование таких режимов лазеров как модуляция добротности и синхронизация мод, позволило проводить уникальные операции по послойному «сухому» стравливанию ткани роговицы глаза и импульсному удалению опухолей с минимальным повреждением здоровых тканей. Высокая точность, селективность, повторяемость параметров и абсолютная стерильность, как при неконтактном, так и контактном воздействии -- вот основные преимущества лазеров в современной хирургии. Применение оптических волокон для передачи лазерного излучения и изображения позволили проводить (лапараскопические) микрооперации на внутренних органах без рассечения тканей.

Диагностические лазерные методы в отличие от хирургических не столь широко распространены, прежде всего потому, что используемые в них до последнего времени твердотельные и газовые лазеры дороги и недостаточно управляемы. Однако такие методы исследования, как бесконтактная биопсия, измерение тока крови в микрососудах и лазерная томография кожи, слизистых оболочек и прозрачных сред глаза являются уникальными.

Применение лазерного излучения в медицине основано на использовании большого числа разнообразных явлений, связанных с взаимодействием электромагнитного излучения с биотканями и клетками.

Список используемых сайтов и литературы

1. Жуков Б.Н., Лысов Н.А., Бакуцкий В.Н., Анисимов В.И. Лекции по лазерной медицине: Учебное пособие. - Самара: СМИ, 1993.

2. Девятков Н. Д. Применение электроники в медицине и биологии. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1993. № 1 (455). С. 67-76.

3. Приезжев А. В., Тучин В. В., Шубочкин Л. П. Лазерная диагностика в биологии и медицине.-- Москва, 1989.

Размещено на Allbest.ru