Свойства лазерного излучения делают лазеры незаменимыми ис-точниками в медико-биологических исследованиях и в медицинской технике в качестве диагностического, терапевтического и хирургиче-ского оборудования. Как инструмент медико-биологических исследова-ний лазер, обладая высокой степенью монохроматичности и направлен-ности излучения, дает возможность проводить высокоточные спектро-скопические исследования. Другими методами лазерных исследований
в биологии и медицине являются микроэмиссионный спектральный анализ и субпикосекундная фотодиссоциация. Монохроматичность и направленность лазерного излучения позволяет проводить широкий спектр диагностических мероприятий по измерению спектрального со-става переизлученного потока или по светорассеянию прозрачных или отражающих сред.
В офтальмологии также используется способ испытания сетчатки глаза при катаракте с использованием интерференционной картины. При регистрации разности отражательных спектров от здоровой и пато-логической тканей с использованием перестраиваемых по частоте лазе-ров удается выявить локальные пораженные зоны как на коже, так и вну-три тела (желудочно-кишечный тракт, полости рта., глазное дно и т.д.).
Созданная в нашей стране серия аберрометров MultiSpot предна-значена для автоматического измерения полных аберраций человече-ского глаза. Система содержит компенсаторы рефракции и астигматиз-
ма, позволяющие увеличивать пределы измерения и легко модифици-ровать прибор для измерения аккомодации и остроты зрения. Работают эти приборы на полупроводниковых лазерах с длиной волны излучения 780 нм и мощностью излучения 0,1 мВт. Погрешность измерений до 0,1 диоптрии.
Лазерная диагностика используется и в онкологии для распозна-вания ранней стадии заболевания. Существующие методы спектро-скопических исследований позволяют выявить область поражения, содержащую всего 10 пораженных клеток. При этом диагностическое облучение с длиной волны около 530 нм повреждает раковые клетки, т.е. одновременно оказывается и терапевтическое воздействие. Одним из типичных приборов такого рода является микрофлуорометр, схема которого приведена на рис. 4.35.
Прибор позволяет осуществить спектрофотометрический анализ флуоресценции под воздействием лазерного возбуждения и определять ничтожно малые количества вещества (10‒18 г или всего 10 молекул).
Высокая эффективность лазерного излучения как пространствен-ная, так и спектральная (но в меньшей степени) позволяют осущест-
| 1 | 2 | 3 |
| 7 | 8 |
N 42
6
5
Dye
Рис. 4.35. Схема микрофлуорометра:
1 –монитор; 2 –блок синхронизации; 3 –блок обработки сигналов; 4 –лазер на азоте; 5 –лазер на красителе; 6 –блок формирования лазерной подсветки; 7 –блок контролясигнала подсветки; 8 – фотоэлектрический микроскоп
влять хирургическое и терапевтическое воздействие на организм паци-ента. Все способы воздействия можно условно разделить на три основ-ные группы:
1) термическая лазерная хирургия, включающая коагуляцию, рас-сечение тканей, испарение;
2) нетермическая лазерная микрохирургия на основе оптического пробоя;
3) фотохимиотерапия опухолей.
Первая группа основана на поглощении биологическим веществом лазерного излучения в соответствии с законом Бугера
I (Θ, Z) = I 0(Θ)exp(–α Z),
где Θ – угловая координата внутри лазерного пучка; α – коэффициент поглощения вещества; Z – глубина проникновения.
Интенсивное поглощение лазерного излучения приводит к повы-шению температуры в локальной области воздействия лазерного пучка, что приводит к следующим по степени возрастания эффектам: уско-рение физиологических процессов; коагуляция; взрывное испарение воды тканей; обугливание; испарение материалов ткани.
При этом за счет коагуляции: образуется бескровный шов; имеет ме-сто слабое воздействие на соседние с патологическим участки из-за низкой теплопроводности тканей; исключается заражение режущим инструмен-том; появляется возможность резания мягких тканей без их дополнитель-ной фиксации; значительно сокращаются потери крови при операциях.
В качестве хирургических инструментов в медицине наиболее ча-сто используются СО2-лазеры для различных операций на коже и внутри тела, ИАГ-лазеры для внутриполостных операций с использованием гибких оптических кабелей и ионные аргоновые лазеры для операций на глазном дне или в обильно снабжаемых кровью внутренних органах. Такова, например, лазерная медицинская система «ПЕРФОКОР», пред-назначенная для лечения ишемической болезни сердца путем создания
с помощью лазерного излучения сквозных каналов в сердечной мышце, способствующих восстановлению её кровоснабжения. При этом опера-ция осуществляется на работающем сердце без применения аппаратов искусственного дыхания и кровообращения. Область применения опре-деляется не только мощностью лазера, но и поглощательной способ-ностью биологического материала, который должен подвергаться воз-действию. Немаловажное значение имеют и экономические факторы, связанные с высокой стоимостью используемой аппаратуры.
Нетепловая лазерная микрохирургия построена на явлении воз-никновения оптического пробоя при плотности энергии выше неко-торой критической точки, характерной для данного материала (более 1010 Вт/см2). Реализовать этот эффект можно только в оптических про-зрачных средах и в весьма малых объемах, и потому техническая реа-лизация данного метода осуществлена при операциях на хрусталике и передней части стекловидного тела глаза с помощью лазера на гранате с неодимом или эксимерных лазеров.
Фотохимиотерапия опухолей достигается путем светового облуче-ния в комбинации с химическими веществами, заполняющими боль-ные области и обладающими высоким коэффициентом поглощения для данного лазерного излучения. В общем случае протекает целая цепь химических превращений, завершающаяся поглощением излучения и разрушением тканей в области патологии. В качестве источников излу-чения при фотохимиотерапии используются лазеры на красителях или на парах золота (λ = 628 нм). При использовании излучения в области
λ = 610–635 нм разрушению подвергаются только поврежденные или раковые клетки при сохранении нормальной ткани.
Достаточно часто лазерное излучение в терапевтических целях со-единяют с другими видами электромагнитного излучения. Так, одно-временное воздействие излучения гелий-неонового лазера, импульсов электростимуляции и наружного облучения инфракрасным лазером дает возможность оказать эффективную помощь больным, страдаю-щим уроандрологическими заболеваниями, такими как простатит и на-рушение половой функции. Такими возможностями обладает, в частно-сти, электро-лазерный терапевтический аппарат АЭЛТИС-СИНХРО-02 «ЯРИЛО». Для лечения аналогичных заболеваний используются и из-лучатели в виде светодиодных и лазерных матриц, излучающих в крас-ной и инфракрасной областях спектра с одновременным воздействием вакуума (АЛИФ-01 «КАЛЬВАДОС»).
Для внедрения лазерных методов в клиническую практику необхо-димо в каждом случае решать два основных вопроса: является ли но-вый метод более эффективным и щадящим для больного по сравнению с существующим и целесообразны ли технико-экономические затраты на такого рода лечение.
В настоящее время в медицине применяются следующие лазерные методы:
лазерная фотокоагуляция в офтальмологии и гастроэнтерологии; лазерная микрохирургия в неврологии, гинекологии и ларингологии; оперативная лазерная эндоскопия в гастроэнтерологии, бронхоло-
гии и урологии;
лечение поражения кожи в пластической хирургии и дерматологии;
фотохимическая терапия опухолей в онкологии; нетепловая микрохирургия в офтальмологии.
Широко проводятся исследования возможности использования ла-зерных методов в кардиологии для лечения нарушения сердечного рит-ма и тромболиза.