Применение лазера в медицине

Введение. 

      Я выбрала именно эту тему  для своей работы, так как в  последнее время она является  наиболее актуальной в области  медицины. Мы каждый день слышим  о современных  медицинских  технологиях. С помощью лазерного  излучения уже удалось достичь  самых высоких значений температуры, давления, напряженности магнитного поля. Лазерный луч является самым емким носителем информации. Лазерная обработка материалов позволяет

повысить  эффективность и конкурентоспособность  по сравнению с другими

видами  обработки. Я считаю, что в руках хирурга лазерный луч превратился в скальпель, обладающий рядом удивительных свойств. Лазеры широко используются в современных контрольно-измерительных устройствах, вычислительных комплексах, системах локации и связи. Лазеры позволяют быстро и надежно контролировать загрязненность атмосферы и поверхности моря, выявлять наиболее нагруженные участки деталей различных механизмов, определят  внутренние дефекты в них. Лазерный луч становится надежным помощником строителей, картографов, археологов, криминалистов. Непрерывно расширяется область применения лазеров в научных исследованиях – физических, химических, биологических. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Назначение  и область применения лазеров.

    Изобретение лазера стоит в одном ряду с  наиболее выдающимися

достижениями  науки и техники XX века. Первый лазер  появился в 1960 г., и

сразу же началось бурное развитие лазерной техники. В короткое время были

созданы разнообразные типы лазеров и  лазерных устройств, предназначенных  для решения конкретных научных и технических задач. Лазеры уже успели завоевать прочные позиции во многих отраслях народного хозяйства.

Что такое  лазер, чем он интересен и полезен? Один из основоположников науки о  лазерах – квантовой электроники  – академик Н.Г. Басов отвечает на этот вопрос так: “Лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч. При таком преобразовании

часть энергии неизбежно теряется, но важно  то, что полученная в результате

лазерная  энергия обладает несравненно более  высоким качеством. Качество

лазерной  энергии определяется ее высокой  концентрацией и возможностью

передачи на значительное расстояние. Лазер – это генератор когерентного света. В отличии от других источников света (например, ламп накаливания или ламп дневного света) лазер дает оптическое излучение, характеризующееся высокой степенью упорядоченности светового поля или, как говорят, высокой степенью когерентности. Такое излучение отличается высокой монохроматичностью и направленностью. В наши дни лазеры успешно трудятся на современном производстве, справляясь с самыми разнообразными задачами. Лазерным лучом раскраивают ткани и режут стальные листы, сваривают кузова автомобилей и приваривают мельчайшие детали в радиоэлектронной аппаратуре, пробивают отверстия в хрупких и сверхтвердых материалах. Доводка номиналов пассивных элементов микросхем и методы получения на них активных элементов с помощью

лазерного луча получили дальнейшее развитие и  применяются в производственных условиях. Причем лазерная обработка материалов позволяет повысить эффективность и конкурентоспособность по сравнению с другими видами обработки. Замечательные свойства лазеров – исключительно высокая когерентность и направленность излучения, возможность генерирования когерентных волн большой интенсивности в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, получение высоких плотностей энергии как в непрерывном, так и в импульсном режиме – уже на заре квантовой электроники указывало на возможность широкого их применения для практических целей. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно высокими темпами.

Появляются  новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые: создаются лазерные установки с необходимым для различных конкретных целей комплексом характеристик, а также различного рода приборы управления лучом, все более и более совершенствуется измерительная техника. Это послужило причиной глубокого проникновения лазеров во многие отрасли народного хозяйства, и в частности в машино- и приборостроение.  
 

Лазерная  хирургия.

Применяются достаточно мощные лазеры со средней  мощностью излучения десятки  ватт, которые способны сильно нагревать  биоткань, что приводит к ее резанию  или испарению. Эти и другие характеристики хирургических лазеров обуславливают применение в хирургии различных видов хирургических лазеров, работающих на разных лазерных активных средах.

Уникальные  свойства лазерного луча позволяют  выполнять ранее невозможные  операции новыми эффективными и минимально инвазивными методами. Хирургические лазерные системы обеспечивают:

эффективную контактную и бесконтактную вапоризацию  и деструкцию биоткани; сухое операционное поле; минимальное повреждение окружающих тканей; эффективный гемо- и аэростаз; купирование лимфатических протоков; высокую стерильность и абластичность; совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментам 

Это дает возможность эффективно использовать хирургические лазеры для выполнения самых разнообразных оперативных вмешательств в урологии, гинекологии, оториноларингологии, ортопедии, нейрохирургии и т. д.

Наилучшим выбором для хирурга по своим  физическим свойствам является гольмиевый лазер. Поэтому основное внимание уделяют именно Гольмиевым лазерам в хирургии.

Свойством лазерного луча сверлить и сваривать различные материалы

заинтересовались  не только инженеры, но и медики. Они  решили использовать его в качестве скальпеля. По сравнению с обычным  такой скальпель обладает целым  рядом достоинств:

во-первых, лазерный скальпель отличается постоянством режущих свойств,

надежностью в работе;

во-вторых, лазерный луч рассекает ткань  на расстоянии, не оказывая на нее

какого-либо механического давления;

в-третьих, лазерный скальпель имеет абсолютную стерильность, поскольку с

тканью  взаимодействует только излучение, причем в области рассечения

возникает высокая температура;

в-четвертых, лазерный луч производит почти бескровный разрез, поскольку с

рассечением тканей коагулируют края раны, как  бы “заваривая” мелкие сосуды;

в-пятых, лазерный луч позволяет хирургу хорошо видеть оперируемый участок, в то время как скальпель загораживает рабочее поле.

Кроме того, рана от лазерного скальпеля (как  показали клинические

наблюдения) почти не болит и относительно скоро заживляется. Все это

привело к тому. Что лазерный скальпель  был применен на внутренних органах  грудной и брюшной полостей. Им делают операции на желудке, делают кожно- пластические операции. Широко используют в офтальмологии при лечении  глазных болезней. Исторически сложилось так, что окулисты первые обратили внимание на возможность использования лазера и внедрили его в клиническую практику. 

Применение  лазеров в биомедицине.

интеллектуальная  медицинская система "Перфокор" для трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации. Система разработана и совершенствуется  в научно-исследовательском центре по технологическим лазерам.

В последние  годы в клинической практике получает распространение принципиально  новый метод лечения ишемической  болезни сердца - лазерная реваскуляризация миокарда (TMЛР). В процессе такой операции в толще сердечной мышцы с помощью лазерного излучения создаются каналы, открывающиеся в полость сердца. Они способствуют восстановлению кровообращения в ишемизированных зонах и предотвращают развитие инфаркта миокарда.  Луч лазера перфорирует стенку миокарда. Создается 20-50 каналов диаметром 0.5-1 мм.  По сравнению с техникой аортокоронарного шунтирования метод TMЛР более прост в исполнении и существенно дешевле. Операция происходит на работающем сердце и малотравматична.

Метод TMЛР особенно эффективен для тех  пациентов, для которых все другие методы оказались безрезультатны.

      Для выполнения операций TMЛР в ИПЛИТ  РАН создана интеллектуальная лазерная медицинская система "Перфокор". Система состоит из специально разработаного мощного волноводного СО2-лазера, работающего в импульсном режиме, оптико-механического манипулятора для доставки и фокусировки лазерного излучения на объекте, информационной системы диагностики ЭКГ и процессса реваскуляризации.  

Лазеры  в ретинопатии.

Исследования  показали, что лазерное излучение  оказывает сильное воздействие  на ткани злокачественных опухолей, а воздействие их на здоровые ткани  минимально. Не было замечено каких-либо изменений в работе сердечно - сосудистых систем, внутренних органов, изменений кожи. Зато установлено, что лазерное излучение хорошо использовать для уничтожения меланомы – сильно пигментированного рака. В Англии ведутся исследования по применению лазеров в нейрохирургии. Поскольку сама излучающая головка тяжелая, то используют волоконную оптику для подведения лучистого потока к оперируемому участку. Волоконная оптика и лазерное излечение используются при операциях на желудке и пищеводе. Этому служит тонкий жгут, который вводят больному через рот. В жгуте размещаются: волокна, обеспечивающие передачу на экран анализируемого и оперируемого участков, волокна, обеспечивающие подсветку участков обычным светом, волокна, обеспечивающие передачу лазерного излучения, необходимого для выполнения операции. Обнаружено весьма эффективное биологическое воздействие красного гелий-неонового лазера. Его стали использовать для лечения заболеваний слизистой оболочки рта, для сращивания костей после переломов, для лечения заболевания вен, приводящего к трофическим язвам, для лечения послеожоговых ран. 

Использование высокоинтенсивного лазерного излучения в эндодонтии.

Осложненные формы кариеса в практике врача-стоматолога  встречаются часто и составляют 30% от общего числа стоматологических  заболеваний. Отсутствие адекватного  эндодонтического лечения приводит к высокому числу осложнений в виде хронических одонтогенных очагов, которые вызывают изменение реактивности организма и являются причиной удаления зубов по поводу осложненных форм кариеса преимущественно на 2-4 год после лечения. Поэтому разработка новых способов лечения и совершенствование существующих остается одной из актуальных задач не только стоматологии, но и общей медицины.

Основное  значение при лечении осложненных  форм кариеса имеет качество инструментальной и медикаментозной обработки корневого канала, а также степень герметизации его пломбировочным материалом.  В научных статьях экспериментального и клинического характера показан положительный эффект использования высокоинтенсивного лазерного излучения при эндодонтической обработке. Механизм действия лазерного излучения на дентин корня и результат воздействия определяются видом лазера и, прежде всего, длиной волны.

В результате исследований in vitro предложен оптимальный  режим работы неодимового и гольмиевого  лазеров, при котором происходит увеличение микротвердости и кислотной резистентности дентина корня. По данным проведенной сканирующей электронной микроскопии полученное увеличение связано с модификацией поверхности дентина корня зуба в результате лазерного излучения, т. е. удалением «грязного слоя» и обтурацией дентинных канальцев. Это позволяет использовать зубы с сильно расширенными корневыми каналами для фиксации опорного штифта или внутрикорневой вкладки, что ранее было рискованно ввиду ослабленной дентинной структуры. Установлено, что антибактериальный эффект неодимового лазера зависит от вида бактерий: наилучшие результаты наблюдались для золотистого и эпидермального стафилококков.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили перспективность использования  неодимового и гольмиевого лазеров для комплексного решения проблем эндодонтии. Необходимо дальнейшее клиническое изучение этого нового для эндодонтии направления. 

Применение  высокоэнергетического  лазерного излучения  в гинекологической практике.

В настоящее  время проводятся как экспериментальные, так и клинические исследования по изучению возможностей использования средств квантовой электроники для диагностики, профилактики и лечения гинекологических заболеваний. Эти возможности определяются в целом b-свойствами лазерного излучения и его биологическими эффектами, реализуемыми в тканях организма. На основе анализа литературных данных и собственных экспериментально-клинических исследований рабочая схема механизма биологического воздействия лазерного излучения представляется следующим образом.

Характеризуя  общие механизмы действия лазерного излучения на биологический объект (БО), важно отметить, что оно обладает уникальными физическими свойствами (монохроматичность, когерентность, поляризованность, малая расходимость потока излучения), которые обуславливают его сложное влияние на организм человека, так как несет в себе целый ряд факторов воздействия. среди них выделяют непосредственно лазерные факторы:

• электромагнитное излучение (световое воздействие);

• термическое  воздействие;

• механическое воздействие (давление света, ударная  волна);

и факторы, определяемые свойствами облучаемого биологического объекта:

• оптические характеристики тканей (коэффициенты отражения, пропускания, поглощения);

• электрические  свойства тканей;

• акустические свойства тканей;

• биохимические  свойства тканей;

• другие физико-химические свойства.

В результате лазерного воздействия указанных  выше факторов в облученных тканях первично происходят следующие физико-химические изменения: возникновение возбужденных состояний молекул, образование  свободных радикалов, стереохимическая перестройка молекул, коагуляция белковых структур, упругие колебания белковых структур, изменение электрического поля клетки, изменение химизма ткани и т.д. Эти первичные эффекты приводят к целому ряду вторичных изменений (вторичные эффекты).

Под воздействием лазерного излучения происходят изменения, которые регистрируются на всех уровнях организации живой  материи:

• субклеточном (возникновение возбужденных состояний  молекул, образование свободных  радикалов, стереохимическая перестройка  молекул, коагуляция белковых структур и т.п., увеличение скорости синтеза белка, РНК, ДНК, ускорение созревания коллагена и его предшественников и др.);

• клеточном (изменения заряда электрического поля клетки, изменение мембранного потенциала клетки и ее проницаемости, повышение синтетической активности и т.п.);

• тканевом (изменение химизма и рН межклеточной жидкости, изменение микроциркуляции  и т.п., изменение кислородного баланса  и активации окислительно-восстановительных  процессов);

• органном (стимуляция или угнетение функции какоголибо органа);

• системном (возникновение ответных адаптационных  нервно-рефлекторных и нервно-гуморальных  реакций с активацией симпатоадреналовой и иммунной систем).

В основе использования лазерного излучения  в гинекологической практике лежат два основных принципа: альтернативное применение высокоинтенсивного лазерного излучения в качестве скальпеля как многопрофильного хирургического инструмента и физический фактор, обладающий широким спектром биологического действия.

Лазерные  хирургические системы, применяемые в гинекологической практике, обеспечивают:

• радикальность;

• сухое  операционное поле;

• локальность  воздействия;

• минимальное  повреждение окружающих тканей;

• эффективный  гемо- и аэростаз;

• купирование  лимфатических протоков;

• высокую  стерильность и абластичность;

• полную совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментами;

• минимальную  инвазивность;

• открытую и эндоскопическую хирургию;

• работу в воздушной и жидкостной среде;

• эффективную  программируемую контактную и бесконтактную вапоризацию и термодеструкцию.

Таким образом, интенсивность и специфичность  проявления ответных реакций на лазерное воздействие на различных уровнях  организации определяется концентрацией, дозой, биологией и пространственно-временными характеристиками биологического объекта и воздействующего агента. 

Применение  лазера в дерматологии и косметологии.

Витилиго. Для лечения витилиго применяют  излучение гелий-неонового лазера и наружные фотосенсибилизаторы, например анилиновые красители. Непосредственно перед процедурой на очаги наносят раствор красителя (бриллиантовый зеленый, метиленовый синий, фукорцин), после чего проводят локальное облучение расфокусированным лазерным лучом мощностью 1–1,5 мВт/смІ. Продолжительность сеанса оставляет 3–5 мин, ежедневно, курс 15–20 сеансов, повторные курсы возможны через 3–4 нед.

Облысение. Применение лазера на парах меди в  эксперименте, проводившемся на коже, по данным электронной микроскопии, выявило выраженное усиление пролиферативной  и метаболической активности в эпидермоцитах, в том числе в волосяных фолликулах. Отмечено расширение микрососудов сосочкового слоя дермы. В соединительной ткани, в частности в фибробластах, обнаружено относительное нарастание объема внутриклеточных структур, связанных с синтезом коллагена. Зарегистрировано возрастание активности в нейтрофилах, эозинофилах, макрофагах и тучных клетках. Перечисленные изменения лежат в основе лечения облысения. Уже после 4–5-го сеанса лазерной терапии отмечается рост пушковых волос на голове.

Рубцы. С помощью световой и электронной  микроскопии изучались изменения, которые происходят в кожных рубцах в результате применения лазерного  излучения у человека. Так, применение ультрафиолетового и гелий-неонового  НИЛИ не вызывало существенных изменений вследствие неглубокого проникновения лазерной энергии. После использования излучения инфракрасного лазера растет число резорбирующих коллаген фибробластов, при этом коллагеновые волокна истончаются, несколько снижается число тучных клеток и выделение секреторных гранул. В некоторой степени увеличивается относительная объемная доля микрососудов. При использовании НИЛИ для профилактики грубого рубцевания кожных хирургических ран выявлено снижение содержания активных фибробластов и, следовательно, коллагена. Использование высокоинтенсивного лазерного излучения (ВИЛИ), получают с помощью СО2, Er:YAG-лазера и аргонового лазера. СО2-лазер в основном используется для лазерного удаления (деструкции) папиллом, бородавок, кондилом, рубцов и дермабразии; Er:YAG-лазер — для лазерного омолаживания кожи. Существуют также комбинированные СО2-, Er:YAG-лазерные системы.

Лазерная  деструкция. ВИЛИ применяется в дерматологии и косметологии для деструкции новообразований, удаления ногтевых пластинок, а также  для лазерной вапоризации папиллом, кондилом, невусов и бородавок. При этом мощность излучения может составлять от 1,0 до 10,0 Вт.

В клинической  практике применяют неодимовый и  СО2-лазеры. При применении СО2-лазера меньше повреждаются окружающие ткани, а неодимовый лазер обладает лучшим гемостатическим эффектом. Помимо того, что лазер физически удаляет поражения, исследования показали токсическое действие лазерного излучения на вирус папилломы человека (ВПЧ). Путем изменения мощности лазера, размера пятна и времени экспозиции можно контролировать глубину коагуляции. Для выполнения процедур необходим хорошо обученный персонал. При использовании лазеров требуется обезболивание, однако местной или локальной анестезии оказывается достаточно, что позволяет проводить процедуры в амбулаторных условиях. Однако 85% больных все равно отмечают легкую болезненность. Метод имеет примерно такую же эффективность, как электрокоагуляция, но менее болезнен, вызывает меньше послеоперационных побочных эффектов, включая менее выраженное рубцевание, дает хороший косметический эффект. Эффективность метода достигает 80–90% при терапии остроконечных кондилом.

Лазеротерапию можно успешно применять для  лечения распространенных, устойчивых к другой терапии бородавок. При  этом проводится несколько курсов лечения, что позволяет повысить процент излечения с 55 (после 1 курса) до 85%. Однако в особых случаях при многолетнем неэффективном лечении различными методами эффективность лазеротерапии оказывается не столь высока. Даже после многократных курсов лечения она позволяет прекратить рецидивирование примерно лишь у 40% больных. Тщательные исследования показали, что столь невысокий показатель связан с тем, что СО2-лазер неэффективен для устранения генома вируса из поражений, устойчивых к лечению (по данным ПЦР молекулярно-биологическое излечение наступает у 26% больных).

Лазерную  терапию можно применять для  лечения генитальных бородавок  у подростков. Показана высокая эффективность  и безопасность метода при лечении  данного контингента пациентов, в большинстве случаев для излечения достаточно 1 процедуры.

Для уменьшения количества рецидивов остроконечных  кондилом (частота рецидивов от 4 до 30%) рекомендуют применять после  процедуры удаления лазерное «очищение» окружающей слизистой. При использовании  методики «очищения» часто наблюдаются дискомфорт и болезненность. При наличии больших кондилом перед лазеротерапией рекомендуется их предварительное разрушение, в частности электрокаутером. Это, в свою очередь, позволяет избежать побочных эффектов, связанных с электрорезекцией. Возможной причиной рецидивов является сохранение генома ВПЧ в коже рядом с участками обработки, что было выявлено как после применения лазера, так и после электрохирургического иссечения.

Наиболее  тяжелыми побочными эффектами лазерной деструкции являются: изъязвления, кровотечение, вторичное инфицирование раны. После лазерного иссечения бородавок осложнения развиваются у 12% больных.

Как и  при использовании электрохирургических методов, происходит выделение ДНК  ВПЧ с дымом, что требует соответствующих мер предосторожности во избежание заражения носоглотки врача. В то же время в некоторых исследованиях показано отсутствие различий в частоте выявления бородавок у хирургов, занимающихся лазеротерапией, в сравнении с другими группами населения. Не обнаружено существенных различий в частоте появления бородавок и между группами врачей, применявших и не применявших защитные средства и эвакуаторы дыма. Тем не менее, поскольку типы ВПЧ, вызывающие генитальные бородавки, способны инфицировать слизистую верхних дыхательных путей, лазерный дым, содержащий эти вирусы, опасен для хирургов, производящих вапоризацию. 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение.

Проделав  данную работу я узнала много нового и интересного о современных технологиях. По моему мнению, использование высокоинтенсивного лазерного излучения – это огромный шаг вперёд в области медицины, который выведет человечество на новый уровень его существования, узнала об одной из самых быстро развивающихся отраслей науки на сегодняшний день.

Я считаю, что, развивая и практикуя применение лазера в медицине, человечество выйдет на высший уровень своего развития.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы 

1. Применения  лазеров. Под редакцией д-ра  техн. Наук В.П. Тычинского,

издательство  “Мир”.

2. Лазеры. Основы устройства и применения. Федоров Б.Ф.

3.Гольмиевый  лазер для целей хирургии и  эндоскопии. Международная конференция  «Новые достижения лазерной медицины», 

4.Роль высокоинтенсивного Nd-YaG и Ho-YaG-лазерного излучения  в эндоскопической хирургии. Материалы IV Международного конгресса 5.«Проблемы лазерной медицины», Москва–Видное, 1997, с.122.

6. Плетнев С.Д.  Лазеры в клинической медицине. М.: Медицина, 1981, 400 с.

7. Побединский  Н.М., Зуев В.М., Джибладзе Т.А. Современные  аспекты применения лазерного излучения в акушерско-гинекологической практике.

8. В.И.Медведев, А.В.Евстигнеев, О.С.Радболь и др. Применение лазерной техники в биомедицине.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

План.

1.Введение.

2.Лазерная хирургия.

3.Применение лазеров в биомедицине.

4.Лазеры в ретинопатии.

5.Использование высокоинтенсивного лазерного излучения в эндодонтии .

6.Применение высокоэнергетического лазерного излучения в         гинекологической практике.

7.Применение лазера в дерматологии и косметологии.

8.Заключение.

9.Список использованной литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  г.СЕМЕЙ 

КУРС  ИНФОРМАТИКИ, МАТЕМАТИКИ , МЕДИЦИНСКОЙ И  БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ. 

ДИСЦИПЛИНА  МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКИ