ФЕДЕРАЛЬОНЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО  «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» 
 

Факультет Экономики и Управления 
 

Курсовая 

на тему: «Хирургические лазеры» 
 
 
 

Выполнил:

студентка группы ГЭ-1-08

Максимова Елена 

Александровна 

Проверил:

Прудников Николай 

Владимирович 
 

  
 
 
 

Москва 2010

1. Виды  взаимодействия

     Важное  для хирургии свойство лазерного  излучения - способность коагулировать  кровенасыщенную (васкуляризованную) биоткань.

     В основном, коагуляция происходит за счет поглощения кровью лазерного излучения, ее сильного нагрева до вскипания  и образования тромбов. Таким образом, поглощающей мишенью при коагуляции могут быть гемоглобин или водная составляющая крови. Это означает, что хорошо коагулировать биоткань будет излучение лазеров в области оранжево-зеленого спектра (КТР-лазер, на парах меди) и инфракрасных лазеров (неодимовый, гольмиевый, эрбиевый в стекле, СО₂-лазер).

     Однако, при очень высоком поглощении в биоткани, как, например, у эрбиевого  гранатового лазера с длиной волны 2,94 мкм, лазерное излучение поглощается  на глубине 5 - 10 мкм и может вообще не достигнуть объекта воздействия – капилляра.

     Хирургические лазеры делятся на две большие  группы: абляционные (от лат. ablatio –  «отнятие»; в медицине – хирургическое  удаление, ампутация) 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.

     В хирургии применяются CO₂-лазеры непрерывного действия. Принцип основан на тепловом воздействии. Преимущества лазерной хирургии состоят в том, что она является бесконтактной, практически бескровной, стерильной, локальной, даёт гладкое заживление рассечённой ткани, а отсюда хорошие косметические результаты.

     В онкологии было замечено, что лазерный луч оказывает разрушающее действие на опухолевые клетки. Механизм разрушения основан на термическом эффекте, вследствие которого возникает разность температур между поверхностными и внутренними частями объекта, приводящая к сильным динамическим эффектам и разрушению опухолевых клеток.

     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.

     Одним из способов воздействия лазерным излучением на организм является внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК), которое в настоящее время успешно используется в кардиологии, пульмонологии, эндокринологии, гастроэнтерологии, гинекологии, урологии, анестезиологии, дерматологии и других областях медицины. Глубокая научная проработка вопроса и прогнозируемость результатов способствуют применению ВЛОК как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами лечения.

     Для ВЛОК обычно используют лазерное излучение  в красной области спектра(0,63 мкм) мощностью 1,5–2 мВт. Лечение проводят ежедневно или через день; на курс от 3 до 10 сеансов. Время воздействия при большинстве заболеваний 15–20 мин за сеанс для взрослых и 5–7 мин для детей. Внутривенная лазерная терапия может быть осуществлена практически в любом стационаре или поликлинике. Преимуществом амбулаторной лазеротерапии является уменьшение возможности развития внутрибольничной инфекции, создается хороший психоэмоциональный фон, позволяя больному на протяжении длительного времени сохранять работоспособность, проводя при этом процедуры и получая полноценное лечение.

     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. Для коррекции зрения давно и успешно используются эксимерные лазеры.

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

     Основной  принцип применения лазеров в  косметологии заключается в том, что свет воздействует только на тот  объект или вещество, которое поглощает  его. В коже свет поглощается особыми веществами - хромофорами. Каждый хромофор поглощает в определенном диапазоне длин волн, например, для оранжевого и зеленого спектра это гемоглобин крови, для красного спектра - меланин волос, а для инфракрасного спектра - клеточная вода.

     При поглощении излучения происходит преобразование энергии лазерного луча в тепло на том участке кожи, который содержит хромофор. При достаточной мощности лазерного луча это приводит к тепловому разрушению мишени. Таким образом, с помощью лазера можно селективно воздействовать, например, на корни волос, пигментные пятна и другие дефекты кожи.

     Однако  вследствие переноса тепла происходит нагревание и соседних областей, даже если они содержат мало светопоглощающих хромофоров. Процессы поглощения и  переноса тепла зависят от физических свойств мишени, глубины залегания и ее размера. Поэтому в лазерной косметологии важно тщательно подбирать не только длину волны, но и энергию, и длительность лазерных импульсов.

     В стоматологии лазерное излучение является наиболее эффективным физиотерапевтическим средством лечения пародонтоза и заболеваний слизистой оболочки полости рта.

     Лазерный  луч применяется вместо иглоукалывания. Преимущества применения лазерного  луча состоит в том, что отсутствует  контакт с биологическим объектом, а, следовательно, процесс протекает стерильно и безболезненно при большой эффективности.

     Световодные инструменты и катетеры для лазерной хирургии предназначены для доставки мощного лазерного излучения  к месту проведения оперативного вмешательства при открытых, эндоскопических и лапароскопических операциях в урологии, гинекологии, гастроэнтерологии, общей хирургии, артроскопии, дерматологии. Позволяют осуществлять резание, иссечение, абляцию, вапоризацию и коагуляцию тканей при проведении хирургических операций в контакте с биотканью или в бесконтактном режиме применения (при удалении торца волокна от биоткани). Вывод излучения может осуществляться как с торца волокна, так и через окошко на боковой поверхности волокна. Могут использоваться как в воздушной (газовой), так и водной (жидкой) среде. По отдельному заказу для удобства пользования катетеры комплектуются легкосъёмной ручкой – держателем световода.

     В диагностике лазеры применяются  для обнаружения различных неоднородностей (опухолей, гематом) и измерения параметров живого организма. Основы диагностических операций сводятся к пропусканию через тело пациента (либо один из его органов) лазерного луча и по спектру или амплитуде прошедшего или отражённого излучения выводят диагноз. Известны методы по обнаружению раковых опухолей в онкологии, гематом в травматологии, а также по измерению параметров крови (практически любых, от артериального давления до содержания сахара и кислорода).

 

2. Особенности  лазерного взаимодействия  при различных  параметрах излучения

 

     Для целей хирургии луч лазера должен быть достаточно мощным, чтобы нагревать биоткань выше 50 - 70 °С, что приводит к ее коагуляции, резанию или испарению. Поэтому в лазерной хирургии, говоря о мощности лазерного излучения того или иного аппарата, оперируют цифрами, обозначающими единицы, десятки и сотни Вт.

     Хирургические лазеры бывают как непрерывные, так  и импульсные, в зависимости от типа активной среды. Условно их можно  разделить на три группы по уровню мощности.

     1. Коагулирующие: 1 - 5 Вт.

     2. Испаряющие и неглубоко режущие: 5 - 20 Вт.

     3. Глубоко режущие: 20 - 100 Вт.

     Каждый  тип лазера в первую очередь характеризуется  длиной волны излучения. Длина волны  определяет степень поглощения лазерного  излучения биотканью, а, значит, и  глубину проникновения, и степень  нагрева как области хирургического вмешательства, так и окружающей ткани.

     Учитывая, что вода содержится практически  во всех типах биоткани, можно сказать, что для хирургии предпочтительно  использовать такой тип лазера, излучение  которого имеет коэффициент поглощения в воде более 10 см^-1 или, что то же самое, глубина проникновения которого не превышает 1 мм.

     Другие  важные характеристики хирургических  лазеров, определяющие их применение в  медицине:

• мощность излучения;
• непрерывный или импульсный режим работы;
• способность коагулировать кровенасыщенную биоткань;
• возможность передачи излучения по оптическому волокну.

     При воздействии лазерного излучения  на биоткань сначала происходит ее нагрев, а затем уже испарение. Для эффективного разрезания биоткани нужно быстрое испарение в месте разреза с одной стороны, и минимальный сопутствующий нагрев окружающих тканей с другой стороны.

     При одинаковой средней мощности излучения  короткий импульс нагревает ткань  быстрее, чем непрерывное излучение, и при этом распространение тепла  к окружающим тканям минимально. Но, если импульсы имеют низкую частоту повторения (менее 5 Гц), то непрерывный разрез провести сложно, это больше похоже на перфорацию. Следовательно, лазер предпочтительно должен иметь импульсный режим работы с частотой повторения импульсов более 10 Гц, а длительность импульса - минимально возможную для получения высокой пиковой мощности.

     На  практике оптимальная выходная мощность для хирургии находится в диапазоне  от 15 до 60 Вт в зависимости от длины  волны лазерного излучения и области применения.

3.Применение в медицине и биологии

 

     В настоящее время лазерное излучение  с большим или меньшим успехом  применяется в различных областях науки. Уникальные свойства излучения лазеров, такие, как монохроматичность, когерентность, малая расходимость и возможность при фокусировке получать очень высокую плотность мощности на облучаемой поверхности обеспечили широкое применение лазеров. Использование квантовой электроники оказалось, в частности, очень полезным для клинической медицины. В медицинских целях используются, в основном, твердотельные и газовые лазеры. Импульсные твердотельные лазеры применяют преимущественно в офтальмологии для операций по устранению отслоения сетчатки глаза и при лечении глаукомы. Для этих целей была разработана специальная аппаратура с использованием неодимовых и рубиновых лазеров. Для операций с рассечением тканей импульсные лазеры оказались непригодны, поэтому для этих целей применяют лазеры непрерывного действия. В Советском Союзе была создана хирургическая аппаратура на СО₂ лазерах. Такие хирургические установки применяют в общей хирургии, онкологии и других областях.

     Установками на основе аргоновых лазеров непрерывного действия с использованием специальных световодов пользуются медики при внутриполостных операциях.

     В терапии разных болезней широко применяются  газовые гелий-неоновые лазеры. Например, положительные результаты получены при лечении трофических язв, ран, воспалительных процессов, некоторых сосудистых заболеваний и в кардиологии. Не вызывает сомнения стимулирующее действие излучения гелий-неоновых лазеров при регенерации и улучшении обменных процессов.