Лазерная диагностика, использование лазерного излучения в терапии, в хирургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ханты-Мансийского автономного округа - Югры

«Сургутский государственный университет»

Кафедра экспериментальной физики

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Физика, математика»

Тема:

Лазер. Принцип работы лазера. Использование лазерного излучения в медицине. Лазерная диагностика, использование лазерного излучения в терапии, в хирургии

Сургут, 2022

Содержание

Введение

1. Лазер. Виды лазеров

2. Использование лазерного излучения в медицине

Заключение

Введение

Впервые изготовленные в 1960 г., лазеры (от англ. light amplification by stimulated emission of radiation -- усиление света, стимулированное эмиссией излучения) получили широкое применение в различных областях науки и техники в качестве источников света благодаря своим уникальным свойствам: лазеры обладают высокой когерентностью (пространственной и временной), что позволяет их использовать в качестве идеального точечного источника света с узким коллимированным (нерасходящимся) лучом света; излучение лазера -- монохроматическое, причем длину волны излучения можно перестраивать; лазерный луч можно сфокусировать до субмикронных размеров. Это позволяет проводить микроспектрофотометрические эксперименты с высоким разрешением. Кроме того, передачу таких лучей можно осуществлять при помощи специального оптоволокна. В специальных опто-акустических методах исследования используются сверхкороткие (в фемтосекундной временной шкале) импульсы лазерного света с высокой скоростью повторения импульсов.

1. Лазер. Виды лазеров

Ламзер (от англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или оптимческий квамнтовый генерамтор -- это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например, лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков, штрих-кодов и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.

Для получения лазерного излучения используются твердые, жидкие и газообразные материалы. Длина волны лазерного излучения может быть любого спектрального диапазона -- от ультрафиолетового до инфракрасного. Излучение лазера может быть либо непрерывным («cw» -- от continuous wave = непрерывная волна), что характерно для большинства газовых лазеров: гелиевых, аргоновых, неоновых или на диоксиде углерода, либо импульсным. Полупроводниковые или диодные лазеры Во многих отношениях в настоящее время классические лазеры в оптической технике вытесняют полупроводниковые или диодные лазеры. Первый прототип такого лазера был создан в 1970 г. Размеры диодных лазеров лежат в миллиметровом диапазоне, они недорогие, а их излучение может достигать гигагерцового диапазона. Принцип действия таких лазеров аналогичен действию светоизлучающего диода. Полупроводниковые лазеры являются лазерами с четырьмя состояниями. Длины волн их излучения лежат вблизи 680, 800, 1 300 и 1 500 нм, что значительно ограничивает их применение. Через удвоение частоты можно получить ультрафиолетовый диапазон (315 нм), но интенсивность излучения при этом уменьшается. Так как толщина излучающего слоя составляет несколько микрометров, пучок излучения получается расходящимся (действие щели). Поэтому в таких лазерах применяется коллимирующая оптика. Лазеры на красителях Еще одним важным типом лазеров являются жидкостные лазеры на красителях. Небольшая концентрация специфического органического пигмента (например, 10-4 М родамина в этаноле или флуоресцеина в воде) функционирует как лазерный материал, излучающий свет в широком спектральном диапазоне (> 50 нм). Состояния с близко излучающим лазерный свет материалом. Используя дисперсионное устройство, например призму или решетку, размещенную между зеркалами резонатора, можно получить непрерывно перестраиваемое излучение. Таким образом, применяя всего лишь пять красителей, можно получить излучение во всем видимом диапазоне.

Газовые лазеры

Газовые лазеры-лазер, в котором в качестве активной среды используется вещество, находящееся в газообразном состоянии (в отличие от твёрдых тел в твердотельных лазерах и жидкостей в лазерах на красителях).

Преимущества

· Высокая оптическая однородность активных газовых сред, что приводит к малой угловой расходимости - порядка дифракционной.

· Малая плотность газовых активных сред, что приводит к сужению контура усиления и высокой монохроматичности.

· Высокая мощность, непрерывный и импульсный режимы

· Высокий КПД

· Вследствие 1), 2), 3) и 4) высокая яркость и высокая плотность мощности, что наиболее важно в лазерных технологиях обработки материалов

Замечания:

Высокая степень инверсии населенностей в CO2-лазерах определяется тремя положениями:

1. Вероятность возбуждения уровня 001 CO2-молекул из-за резонансного характера возбуждения этого уровня и уровня v = 1 молекул N2 при стандартных параметрах газового разряда может достигать 90% (вибрационная эффективность).

2. Молекулы N2 обеспечивают эффективную накачку верхнего лазерного уровня CO2-молекул благодаря столкновениям, т.к. 22N1vCO001EE=? и большому времени жизни в состоянии 1v = .

3. Молекулы He обеспечивают убывание населенности на ниж-них уровнях CO2-молекул 100, 020 и хороший теплоотвод.

Твердотельные лазеры

Доминируют YAG:Nd ? Длины волн: 1064, 1319, 532, 355, 266 нм ? Мощность непрерывного излучения (с ламповой накачкой): 10 - 1800 Вт (TEM00 до 30 Вт) ? Мощность непрерывного излучения (с диодной накачкой): 1 мВт -- 10 Вт, ТЕМ00 ? Мощность в импульсе (с ламповой накачкой): до 100 Дж в мс импульс и до 1,4 Дж в нс ? Мощность в импульсе (с диодной накачкой): до 20 мДж в нс импульсе, дес. мкДж при 104 Гц Другие среды, активируемые Nd: стекло, YLF (иттрий-литиевый фторид), GSGG (галлий-скандий-гадолиниевый гранат), александрит (Cr-BeAl2O4) Другие материалы: рубин (694 нм), Er: YAG (2.9 мкм), Ho: YAG (2.1 мкм) Перестраиваемые лазеры с регулируемой длиной волны: александрит (720 - 780 нм), Ti:Сапфир (600-1100 нм)

Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры

Преимущества:

- Высокий КПД (? 50%)

- Малые габариты

- Большая мощность (до 2 кВт --1999 5 кВт -- 2000, 10 кВт -- 2004)

- Совместимость длины волны с оптическим волокном

- Регулирование длины волны

- Малое время включения-выключения

- Удобство управления (временными характеристиками включительно);

лазер медицина коллимированный луч

2. Использование лазеров в медицине

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем. Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким. Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика. Нашей областью деятельности являются лазеры для применений в хирургии и косметологии, имеющие достаточно большую мощность для разрезания, вапоризации, коагуляции и других структурных изменений в биоткани.

Впервые для хирургического лечения глаз лазер был применен в 60-х годах XX века и с тех пор используется для сохранения, улучшения и в некоторых случаях коррекции зрения у сотен тысяч мужчин, женщин и детей во всем мире.

Использование лазеров в хирургии.

С их помощью выполняются сложнейшие операции на мозге.

Лазер используют онкологи.

Мощный лазерный пучок соответствующего диаметра уничтожает злокачественную опухоль.

Мощными лазерными импульсами (длительностью порядка миллисекунды и меньше) «приваривают» отслоившуюся сетчатку и выполняют другие офтальмологические операции и т. д.

Хирургические лазеры делятся на две большие группы:

абляционные и неабляционные лазеры.

Абляционные лазеры ближе к скальпелю.

Необляционные лазеры действуют по другому принципу: после обработки какого-то объекта, например, бородавки, папилломы или гемангиомы , таким лазером, этот объект остаётся на месте, но через какое-то время в нём проходит серия биологических эффектов и он отмирает. На практике это выглядит так: новообразование мумифицируется, засыхает и отпадает.

Использование лазеров в косметологии

Лазерная эпиляция

Процедура эпиляции заключается в последовательном прижигании лучом лазера волосяных фолликулов (4), в результате чего растущий волос выпадает, а фолликул разрушается. Гранулы красителей тату избирательно поглощают лазерное излучение, разбиваются на мелкие фрагменты и постепенно выводятся через лимфатическую систему.

Удаление пигментных пятен и татуировок

Для разрушения красителей, составляющих основу татуировки, лазер должен излучать такой свет, который поглощается данным красителем.

Удаление пигментных пятен и татуировок

Для разрушения красителей, составляющих основу татуировки, лазер должен излучать такой свет, который поглощается данным красителем.

В дерматологии с помощью лазерного излучения лечат многие тяжёлые и хронические заболевания кожи. При облучении лазером активируется регенеративный процесс, происходит активация обмена клеточных элементов .

Лазерное удаление татуировок.

За последние годы существенный прогресс приобрел метод лазерного выведения татуировок. Для разрушения красителей, составляющих основу татуировки, лазер должен излучать такой свет, который поглощается данным красителем. По сравнению с другими методами лазерное удаление татуировок является более безопасным методом, так как лазерное излучение воздействует только на краситель, а не на окружающую кожу. Лазер позволяет выводить татуировки без рубцов и шрамов. Трудны для выведения зеленые и желтые татуировки.

Использование лазеров в офтальмологии

В офтальмологии лазеры применяют как для лечения, так и для диагностики. С помощью лазера производят приварку сетчатки глаза, сварку сосудов глазной сосудистой оболочки. Для микрохирургии по лечению глаукомы служат аргоновые лазеры, излучающие в сине-зелёной области спектра.

На основе лазерных технологий, был создан офтальмокоагулятор марки ОК- Этот прибор позволяет производить операцию через хрусталик.

Эксимерные лазеры

Излучают в ультрафиолетовом диапазоне (длина волн - 193-351 нм).

С помощью этих лазеров можно удалять определенные поверхностные участки ткани с точностью до 500 нм, используя процесс фотоабляции (испарения).

Область применения: рефракционная хирургия

Сегодня также очень перспективно такое направление, как фотодинамическая терапия. Появляется множество статей о клиническом применении данного метода. Суть его состоит в том, что в организм пациента вводят специальное вещество - фотосенсибилизатор. Это вещество избирательно накапливается раковой опухолью. После облучения опухоли специальным лазером происходит серия фотохимических реакций с выделением кислорода, который убивает раковые клетки.

В онкологии было замечено, что лазерный луч оказывает разрушающее действие на опухолевые клетки.

Заключение

Мы нисколько не преувеличиваем, когда говорим, что, появившись в середине XX века, лазеры сыграли в нашей жизни такую же значимую роль, как электричество и радио. Лазер проник практически во все области деятельности человека, и если вдруг изъять его, то мир перестанет быть таким привычным и комфортным. Даже текст этой статьи, читаемый вами сегодня с компьютера или смартфона, доступен благодаря полупроводниковым лазерам, активно используемым в новейших оптических средствах связи. Без лазеров невозможно представить компьютеры, а значит, и огромный пласт современной жизни человека. Будучи очень интересно устроенным, лазер открывает перед современной наукой новые перспективы развития. Свойства его невероятно многогранны, и можно смело сказать, что лазерный луч «высвечивает» себе путь абсолютно во всех сферах человеческой жизни, делая ее качественнее и счастливее!

Одно из главный новшеств в медицине, связано с лазерами. Ведь теперь с их помощью можно проводить операции без больших разрезов, без боязни занести инфекцию. Такой вид лечения позволит больным принимать меньше таблеток и препаратов, что позволит уменьшить нагрузку на их печень и почки. В конце я бы хотела сказать, что у меня есть надежда, что в будущем, если мне понадобится медицинская помощь, то она будет оказываться с помощью лазера.

Список использованной литературы

1) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80

2) http://doktorlaser.ru/oborudovanie/primenenie-lazerov-v-medicine.html

3) http://nikolanta.ru/stati-medical/342-lazery-v-medicine.html

4) https://www.lvrach.ru/2005/06/4532685/

5) http://www.alcommedica.ru/info/oblasti_medicini/dermatology/lazernaya_xirurgiya/lazeryi_v_xirurgii.html

Размещено на Allbest.ru