รังสีเลเซอร์ในทางการแพทย์ เลเซอร์และการใช้ในทางการแพทย์
มหาวิทยาลัยแห่งรัฐอุลยานอฟสค์
คณะโอนย้ายพิเศษ
เชิงนามธรรม
ตามระเบียบวินัย:
“แนวความคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่”
ในหัวข้อ:
“เลเซอร์กับการประยุกต์ทางการแพทย์”
สมบูรณ์:
นักเรียนกลุ่ม FTS-17
อเลชิน อเล็กเซย์
อุลยานอฟสค์, 2009
1.บทนำ 3
2.เลเซอร์ 4
2.1 อุปกรณ์เลเซอร์ 5
2.2 การจำแนกประเภทเลเซอร์ 9
3. เลเซอร์ในทางการแพทย์ 10
3.1 ทันตกรรม 11
3.2 การผ่าตัด 15
3.3 โรคผิวหนังหลอดเลือด 16
3.4 การฟื้นฟูผิวด้วยแสง 17
3.5 ลบรอยสักและจุดด่างอายุ 18
3.6 การใช้เลเซอร์ในการรักษาโรคหู คอ จมูก 19
3.7 จักษุวิทยา 20
4. บทสรุป 21
แหล่งที่มา 22
1.บทนำ
จุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ 20 ถือเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจิตใจมนุษย์ เมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2438 ในการประชุมของสมาคมกายภาพและเคมีแห่งรัสเซีย A. S. Popov สาธิตอุปกรณ์สื่อสารไร้สายที่เขาประดิษฐ์ขึ้น และอีกหนึ่งปีต่อมา G. Marconi ช่างเทคนิคและผู้ประกอบการชาวอิตาลีได้เสนออุปกรณ์ที่คล้ายกัน วิทยุจึงถือกำเนิดขึ้น ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 มีการสร้างรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์เบนซินซึ่งเข้ามาแทนที่รถยนต์ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นในศตวรรษที่ 18 รถไอน้ำ เมื่อถึงต้นศตวรรษที่ 20 รถไฟใต้ดินได้เปิดให้บริการแล้วในลอนดอน นิวยอร์ก บูดาเปสต์ และเวียนนา เมื่อวันที่ 17 ธันวาคม พ.ศ. 2446 สองพี่น้องวิศวกรชาวอเมริกัน ออร์วิลล์ และวิลบอร์ ไรท์ บินเป็นระยะทาง 260 เมตรบนเครื่องบินลำแรกของโลกที่พวกเขาสร้างขึ้น และ 12 ปีต่อมา วิศวกรชาวรัสเซีย I.I. Sikorsky ได้ออกแบบและสร้างเครื่องบินหลายเครื่องยนต์ลำแรกของโลก โดยตั้งชื่อให้ว่า " อิลยา มูโรเมตส์” ความสำเร็จในวิชาฟิสิกส์นั้นน่าทึ่งไม่น้อย ในเวลาเพียงหนึ่งทศวรรษในช่วงเปลี่ยนผ่านของสองศตวรรษ มีการค้นพบห้าครั้ง ในปี พ.ศ. 2438 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ดับเบิลยู เรินต์เกน ค้นพบรังสีชนิดใหม่ ซึ่งต่อมาตั้งชื่อตามเขา สำหรับการค้นพบครั้งนี้ที่เขาได้รับในปี 1901 รางวัลโนเบล จึงกลายเป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลคนแรกในประวัติศาสตร์ ในปี พ.ศ. 2439 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Antoine Henri Becquerel ค้นพบปรากฏการณ์ของกัมมันตภาพรังสี - รางวัลโนเบลปี 1903 ในปี พ.ศ. 2440 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เจ. เจ. ทอมสัน ค้นพบอิเล็กตรอนและวัดประจุของมันในปีต่อมา - รางวัลโนเบล พ.ศ. 2449 14 ธันวาคม 1900 ในการประชุมของสมาคมกายภาพแห่งเยอรมนี แม็กซ์พลังค์ได้อนุมานสูตรสำหรับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำ ข้อสรุปนี้มีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดใหม่อย่างสมบูรณ์ซึ่งกลายเป็นรากฐานของทฤษฎีควอนตัมซึ่งเป็นหนึ่งในทฤษฎีกายภาพหลักของศตวรรษที่ 20 ในปี 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งในขณะนั้นอายุเพียง 26 ปี ได้ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ การค้นพบทั้งหมดนี้สร้างความประทับใจอย่างน่าทึ่งและทำให้หลายคนสับสน - มันไม่เข้ากับกรอบของฟิสิกส์ที่มีอยู่และจำเป็นต้องมีการแก้ไขแนวคิดพื้นฐานของมัน ศตวรรษที่ 20 เพิ่งจะเริ่มต้น ถือเป็นการประกาศการกำเนิดของฟิสิกส์แบบใหม่ และถือเป็นเส้นที่มองไม่เห็นซึ่งยังคงเหลือฟิสิกส์แบบเก่าที่เรียกว่า "คลาสสิก" ไว้ และทุกวันนี้คน ๆ หนึ่งก็มีลำแสงเลเซอร์อันยิ่งใหญ่ในการกำจัดของเขา เขาจะใช้การพิชิตจิตใจครั้งใหม่นี้เพื่ออะไร? เลเซอร์จะกลายเป็นอะไร: เครื่องมือสากล, ผู้ช่วยที่เชื่อถือได้, หรือในทางกลับกัน, อาวุธอวกาศที่น่าเกรงขาม, เรือพิฆาตอีกลำ?
2. เลเซอร์
เลเซอร์(ภาษาอังกฤษ) เลเซอร์,คำย่อ จาก ล ถูกต้อง กขยายความโดย สกระตุ้น อีภารกิจของ รการละเลย- “การขยายแสงผ่านการปล่อยกระตุ้น”) เครื่องกำเนิดควอนตัมแบบออปติคอลเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของปั๊ม (แสง ไฟฟ้า ความร้อน เคมี ฯลฯ) ให้เป็นพลังงานของฟลักซ์การแผ่รังสีที่สอดคล้องกัน มีสีเดียว โพลาไรซ์ และมีเป้าหมายสูง พื้นฐานทางกายภาพสำหรับการทำงานของเลเซอร์คือปรากฏการณ์ทางกลควอนตัมของการแผ่รังสีแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) ลำแสงเลเซอร์สามารถต่อเนื่องโดยมีแอมพลิจูดคงที่หรือเป็นพัลส์ เพื่อให้ได้กำลังสูงสุดที่สูงมาก ในบางรูปแบบองค์ประกอบการทำงานของเลเซอร์จะใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงสำหรับการแผ่รังสีจากแหล่งอื่น มีเลเซอร์หลายประเภทที่ใช้สถานะการรวมตัวของสสารทั้งหมดเป็นสื่อในการทำงาน เลเซอร์บางประเภท เช่น เลเซอร์สารละลายสีย้อมหรือเลเซอร์โซลิดสเตตโพลีโครมาติก สามารถสร้างช่วงความถี่ (โหมดช่องแสง) ในช่วงสเปกตรัมกว้าง ขนาดของเลเซอร์มีตั้งแต่ระดับจุลทรรศน์สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์บางชนิด ไปจนถึงขนาดของสนามฟุตบอลสำหรับเลเซอร์แก้วนีโอไดเมียมบางชนิด คุณสมบัติเฉพาะของรังสีเลเซอร์ทำให้สามารถนำไปใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ ได้ เช่นเดียวกับในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่การอ่านและเขียนซีดีไปจนถึงการวิจัยในสาขาฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้ พื้นฐานทางกายภาพสำหรับการทำงานของเลเซอร์คือปรากฏการณ์ของการแผ่รังสีแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) แก่นแท้ของปรากฏการณ์นี้คืออะตอมที่ตื่นเต้นสามารถปล่อยโฟตอนออกมาภายใต้อิทธิพลของโฟตอนอื่นโดยไม่ต้องดูดซับ ถ้าพลังงานของอันหลังเท่ากับความแตกต่างในพลังงานของระดับของอะตอมก่อนและหลัง รังสี ในกรณีนี้ โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะสอดคล้องกับโฟตอนที่ทำให้เกิดการแผ่รังสี (ซึ่งก็คือ "สำเนาที่แน่นอน") ด้วยวิธีนี้แสงจะถูกขยาย ปรากฏการณ์นี้แตกต่างจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะมีทิศทางการแพร่กระจาย โพลาไรเซชัน และเฟสแบบสุ่ม
เลเซอร์ฮีเลียมนีออน ลำแสงเรืองแสงที่อยู่ตรงกลางไม่ใช่ลำแสงเลเซอร์ แต่เป็นการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดแสงเรืองแสง คล้ายกับที่เกิดขึ้นในหลอดนีออน ลำแสงฉายลงบนหน้าจอทางด้านขวาเป็นจุดสีแดงที่เรืองแสง ความน่าจะเป็นที่โฟตอนแบบสุ่มจะกระตุ้นให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นจากอะตอมที่ตื่นเต้นนั้นเท่ากับความน่าจะเป็นที่อะตอมจะดูดซับโฟตอนนี้ในสภาวะที่ไม่ได้รับการกระตุ้นอย่างแน่นอน ดังนั้น ในการขยายแสง จึงจำเป็นต้องมีอะตอมที่ถูกกระตุ้นในตัวกลางมากกว่าอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น (ที่เรียกว่าการผกผันของประชากร) ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ สภาวะนี้ไม่เป็นที่พอใจ ดังนั้นจึงมีการใช้ระบบต่างๆ สำหรับการปั๊มตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์ (ออปติคอล ไฟฟ้า เคมี ฯลฯ) แหล่งที่มาหลักของการสร้างคือกระบวนการของการปล่อยตามธรรมชาติ ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่าโฟตอนรุ่นต่อเนื่องจะมีความต่อเนื่อง การมีอยู่ของการตอบรับเชิงบวกจึงมีความจำเป็น เนื่องจากโฟตอนที่ปล่อยออกมาทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเหนี่ยวนำตามมา เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์จะถูกวางในช่องแสง ในกรณีที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยกระจกสองบานซึ่งหนึ่งในนั้นโปร่งแสง - ลำแสงเลเซอร์จะออกจากตัวสะท้อนบางส่วนผ่านกระจกนั้น ลำแสงรังสีที่สะท้อนจากกระจกจะส่องผ่านตัวสะท้อนซ้ำหลายครั้งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในนั้น การแผ่รังสีอาจเป็นแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ก็ได้ ในเวลาเดียวกัน การใช้อุปกรณ์ต่างๆ (ปริซึมแบบหมุน เซลล์ Kerr ฯลฯ) เพื่อเปิดและปิดการป้อนกลับอย่างรวดเร็ว และลดระยะเวลาของพัลส์ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับการสร้างการแผ่รังสีที่มีกำลังสูงมาก ( สิ่งที่เรียกว่าพัลส์ยักษ์ โหมดการทำงานของเลเซอร์นี้เรียกว่าโหมด Q-switched การแผ่รังสีที่เกิดจากเลเซอร์นั้นมีสีเดียว ของคลื่นที่อยู่ใกล้ๆ ซึ่งสัมพันธ์กับการขยายเส้นสเปกตรัม และความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนผ่านที่ความถี่นี้ก็จะมีเช่นกัน ดังนั้น ค่อยๆ ในระหว่างกระบวนการสร้าง โฟตอนของความยาวคลื่นที่กำหนดจะมีอิทธิพลเหนือโฟตอนอื่นๆ ทั้งหมด นอกจากนี้ เนื่องจากการจัดเรียงแบบพิเศษของกระจก จึงมีเพียงโฟตอนที่แพร่กระจายในทิศทางขนานกับแกนแสงของตัวสะท้อนในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้นที่จะถูกรักษาไว้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นลำแสงเลเซอร์จึงมีมุมการเบี่ยงเบนที่น้อยมาก ในที่สุด ลำแสงเลเซอร์ก็มีโพลาไรเซชันที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ในการทำเช่นนี้ จะมีการใส่โพลารอยด์ต่างๆ เข้าไปในตัวสะท้อนเสียง ตัวอย่างเช่น พวกมันอาจเป็นแผ่นกระจกแบนที่ติดตั้งในมุมบรูว์สเตอร์กับทิศทางการแพร่กระจายของลำแสงเลเซอร์
2.1 อุปกรณ์เลเซอร์
เลเซอร์ทั้งหมดประกอบด้วยสามส่วนหลัก:
- สภาพแวดล้อมการทำงาน (การทำงาน)
- ระบบสูบน้ำ (แหล่งพลังงาน);
- ตัวสะท้อนแสง (อาจหายไปหากเลเซอร์ทำงานในโหมดเครื่องขยายเสียง)
แต่ละอันช่วยให้แน่ใจว่าเลเซอร์ทำหน้าที่เฉพาะของมัน
สภาพแวดล้อมที่ใช้งานอยู่
ในปัจจุบัน สถานะรวมทั้งหมดของสสารถูกใช้เป็นสื่อในการทำงานของเลเซอร์: ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และแม้กระทั่งพลาสมา ในสภาวะปกติ จำนวนอะตอมที่อยู่ในระดับพลังงานตื่นเต้นจะถูกกำหนดโดยการแจกแจงของ Boltzmann:
ที่นี่ เอ็น- จำนวนอะตอมที่อยู่ในสถานะตื่นเต้นด้วยพลังงาน อี , เอ็น 0 - จำนวนอะตอมในสถานะพื้น เค- ค่าคงที่ของ Boltzmann ต- อุณหภูมิโดยรอบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง มีอะตอมดังกล่าวน้อยมาก ดังนั้นความน่าจะเป็นที่โฟตอนที่แพร่กระจายผ่านตัวกลางจะทำให้เกิดการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้นจึงมีน้อยมากเช่นกันเมื่อเทียบกับความน่าจะเป็นของการดูดซับ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไหลผ่านสสารจะใช้พลังงานไปเพื่อกระตุ้นอะตอม ในกรณีนี้ ความเข้มของรังสีจะลดลงตามกฎของบูแกร์:
ที่นี่ ฉัน 0 - ความเข้มเริ่มต้น ฉัน l คือความเข้มของรังสีที่เดินทางในระยะไกล ลในเรื่อง ก 1 คือสัมประสิทธิ์การดูดซึมของสาร เนื่องจากการพึ่งพาอาศัยกันแบบเอกซ์โปเนนเชียล รังสีจึงถูกดูดซับอย่างรวดเร็ว
ในกรณีที่จำนวนอะตอมที่ถูกกระตุ้นมากกว่าจำนวนอะตอมที่ไม่ตื่นเต้น (นั่นคือ ในสถานะของการผกผันของประชากร) สถานการณ์จะตรงกันข้ามทุกประการ การปล่อยก๊าซกระตุ้นมีผลเหนือการดูดซึม และการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นตามกฎหมาย:
ที่ไหน ก 2 - ปัจจัยกำไรควอนตัม ในเลเซอร์จริง การขยายสัญญาณจะเกิดขึ้นจนกว่าปริมาณพลังงานที่ได้รับจากการกระตุ้นการปล่อยก๊าซจะเท่ากับปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในตัวสะท้อนกลับ การสูญเสียเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความอิ่มตัวของระดับ metastable ของสารทำงานหลังจากนั้นพลังงานการสูบจะถูกใช้เพื่อทำให้ร้อนขึ้นเท่านั้นรวมถึงการมีอยู่ของปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย (การกระเจิงโดยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางการดูดซึมโดยสิ่งเจือปน , ความไม่สมบูรณ์ของกระจกสะท้อนแสง, รังสีที่เป็นประโยชน์และไม่พึงประสงค์ออกสู่สิ่งแวดล้อม ฯลฯ )
ระบบสูบน้ำ
มีการใช้กลไกต่าง ๆ เพื่อสร้างการผกผันของประชากรในสภาพแวดล้อมเลเซอร์ ในเลเซอร์โซลิดสเตตนั้นดำเนินการเนื่องจากการฉายรังสีด้วยไฟแฟลชปล่อยก๊าซอันทรงพลังการแผ่รังสีแสงอาทิตย์แบบโฟกัส (ที่เรียกว่าการปั๊มแบบออปติคอล) และการแผ่รังสีจากเลเซอร์อื่น ๆ (โดยเฉพาะเซมิคอนดักเตอร์) ในกรณีนี้ การดำเนินการสามารถทำได้ในโหมดพัลซิ่งเท่านั้น เนื่องจากต้องใช้ความหนาแน่นพลังงานของปั๊มที่สูงมาก ซึ่งเมื่อสัมผัสเป็นเวลานานจะทำให้เกิดความร้อนสูงและการทำลายแท่งสารทำงาน เลเซอร์แก๊สและของเหลว (ดูเลเซอร์ฮีเลียมนีออน เลเซอร์สีย้อม) ใช้ปั๊มจำหน่ายด้วยไฟฟ้า เลเซอร์ดังกล่าวทำงานในโหมดต่อเนื่อง เลเซอร์เคมีจะถูกสูบผ่านปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่ทำงานอยู่ ในกรณีนี้ การผกผันของประชากรเกิดขึ้นโดยตรงในผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาหรือในสิ่งเจือปนที่แนะนำเป็นพิเศษซึ่งมีโครงสร้างระดับพลังงานที่เหมาะสม เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกปั๊มภายใต้อิทธิพลของกระแสไปข้างหน้าที่แรงผ่านจุดเชื่อมต่อ pn เช่นเดียวกับลำแสงอิเล็กตรอน มีวิธีการปั๊มอื่น ๆ (แก๊สไดนามิกซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำความเย็นอย่างรวดเร็วของก๊าซที่อุ่นแล้ว, การแยกตัวด้วยแสง, กรณีพิเศษของการปั๊มสารเคมี ฯลฯ )
ในรูป: a - สามระดับและ b - วงจรปั๊มสี่ระดับสำหรับตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์
ระบบสามระดับแบบคลาสสิกสำหรับการปั๊มสื่อการทำงานนั้นใช้เช่นในเลเซอร์ทับทิม ทับทิมเป็นผลึกคอรันดัม Al 2 O 3 ที่เจือด้วย Cr 3+ โครเมียมไอออนจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของการแผ่รังสีเลเซอร์ เนื่องจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโครงตาข่ายคริสตัลคอรันดัม ระดับพลังงานภายนอกของโครเมียม อี 2 ถูกแยกออก (ดูเอฟเฟกต์สตาร์ค) นี่คือสิ่งที่ทำให้สามารถใช้รังสีที่ไม่ใช่สีเดียวในการสูบน้ำได้ ในกรณีนี้อะตอมจะเคลื่อนผ่านจากสถานะพื้นด้วยพลังงาน อี 0 ตื่นเต้นกับพลังงานเกี่ยวกับ อี 2. อะตอมสามารถคงอยู่ในสถานะนี้ได้ในเวลาอันสั้น (ประมาณ 10−8 วินาที) การเปลี่ยนผ่านไปสู่ระดับดังกล่าวจะเกิดขึ้นเกือบจะในทันที อี 1 โดยที่อะตอมสามารถคงอยู่ได้นานกว่ามาก (มากถึง 10 −3 วินาที) นี่เรียกว่าระดับที่สามารถแพร่กระจายได้ ความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นจากการแผ่รังสีเหนี่ยวนำภายใต้อิทธิพลของโฟตอนสุ่มอื่นๆ ทันทีที่มีอะตอมในสถานะ metastable มากกว่าในสถานะหลัก กระบวนการสร้างจะเริ่มต้นขึ้น
ควรสังเกตว่าการสร้างการผกผันประชากรของอะตอมโครเมียม Cr โดยใช้การสูบโดยตรงจากระดับ อี 0 ต่อระดับ อี 1 เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากหากการดูดซึมและการปล่อยก๊าซกระตุ้นเกิดขึ้นระหว่างสองระดับ กระบวนการทั้งสองจะเกิดขึ้นในอัตราเดียวกัน ดังนั้นในกรณีนี้ การสูบน้ำจะทำให้ประชากรในสองระดับเท่ากันเท่านั้น ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการเกิดการปล่อยน้ำ
เลเซอร์บางชนิด เช่น เลเซอร์นีโอไดเมียม ซึ่งเป็นตัวกลางแอคทีฟซึ่งเป็นแก้วชนิดพิเศษที่เจือด้วยไอออนนีโอไดเมียม Nd 3+ จะใช้วงจรปั๊มสี่ระดับ ที่นี่ระหว่าง metastable อี 2 และระดับหลัก อี 0 มีระดับกลาง - ระดับการทำงาน อี 1. การปล่อยก๊าซกระตุ้นเกิดขึ้นเมื่ออะตอมเปลี่ยนระดับระหว่างระดับต่างๆ อี 2 และ อี 1. ข้อดีของโครงการนี้คือถึงเกณฑ์การสร้างเมื่อประชากรในระดับ metastable มากกว่าประชากรในระดับการทำงาน ซึ่งไม่มีนัยสำคัญในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ เนื่องจากอย่างหลังอยู่ห่างจากระดับพื้นดินเพียงพอ ซึ่งช่วยลดข้อกำหนดสำหรับแหล่งจ่ายปั๊มได้อย่างมาก นอกจากนี้ รูปแบบดังกล่าวยังทำให้สามารถสร้างเลเซอร์กำลังสูงที่ทำงานในโหมดต่อเนื่องได้ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการใช้งานบางอย่าง
ตัวสะท้อนแสง
ความกว้าง เส้นสเปกตรัม ที่แสดงเป็นสีเขียวในรูป ซ้อนสาม ความถี่ธรรมชาติ เครื่องสะท้อนเสียง - ในกรณีนี้รังสีที่เกิดจากเลเซอร์จะเท่ากับ สามโหมด - สำหรับเส้นสีม่วงรังสีจะบริสุทธิ์ สีเดียว .
กระจกเลเซอร์ไม่เพียงแต่ให้การตอบรับเชิงบวกเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนเสียงด้วย โดยขยายโหมดบางโหมดที่สร้างโดยเลเซอร์ ซึ่งสอดคล้องกับคลื่นนิ่งของตัวสะท้อนเสียงที่กำหนด และทำให้โหมดอื่นๆ อ่อนลง หากมีความยาวแสง ลเครื่องสะท้อนกลับพอดีกับจำนวนเต็ม (ในความหมายของ "ไม่เป็นเศษส่วน") ของจำนวนครึ่งคลื่น n :
จากนั้นคลื่นดังกล่าวที่ผ่านเครื่องสะท้อนกลับจะไม่เปลี่ยนเฟสและเนื่องจากการรบกวนจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน คลื่นอื่นๆ ที่มีระยะห่างใกล้เคียงกันจะค่อยๆ หักล้างกัน ดังนั้นสเปกตรัมของความถี่ธรรมชาติของเครื่องสะท้อนแสงจึงถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:
ที่นี่ ค- ความเร็วแสงในสุญญากาศ ช่วงเวลาระหว่างความถี่ที่อยู่ติดกันของเครื่องสะท้อนจะเท่ากันและเท่ากัน:
เนื่องจากเหตุผลหลายประการ (การขยายดอปเปลอร์ สนามไฟฟ้าและแม่เหล็กภายนอก ผลกระทบทางกลควอนตัม ฯลฯ) เส้นในสเปกตรัมการแผ่รังสีจึงมีความกว้างที่แน่นอนเสมอ ดังนั้น สถานการณ์อาจเกิดขึ้นเมื่อความถี่ธรรมชาติของเครื่องสะท้อนเสียงพอดีกับความกว้างของเส้นสเปกตรัม ในกรณีนี้การแผ่รังสีเลเซอร์จะเป็นมัลติโหมด การซิงโครไนซ์โหมดเหล่านี้ทำให้การแผ่รังสีเป็นลำดับของพัลส์ที่สั้นและทรงพลัง หากมีความถี่เดียวในการแผ่รังสีเลเซอร์ ในกรณีนี้ คุณสมบัติเรโซแนนซ์ของระบบกระจกจะแสดงออกมาอย่างอ่อนเมื่อเทียบกับพื้นหลังของคุณสมบัติเรโซแนนซ์ของเส้นสเปกตรัม ในการคำนวณที่เข้มงวดยิ่งขึ้นจำเป็นต้องคำนึงถึงว่าคลื่นที่แพร่กระจายไม่เพียง แต่ขนานกับแกนแสงของเครื่องสะท้อนกลับเท่านั้น แต่ยังขยายในมุมเล็ก ๆ ด้วย เงื่อนไขการรับจะอยู่ในรูปแบบ:
สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าความเข้มของลำแสงเลเซอร์แตกต่างกันที่จุดต่าง ๆ ของระนาบที่ตั้งฉากกับลำแสงนี้ ที่นี่มีระบบจุดแสงคั่นด้วยเส้นปมสีเข้ม เพื่อกำจัดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้ จึงมีการใช้ไดอะแฟรม เส้นใยกระจาย และใช้วงจรสะท้อนเสียงแสงต่างๆ
2.2 การจำแนกประเภทเลเซอร์:
· เลเซอร์โซลิดสเตตบนตัวกลางแข็งเรืองแสง (คริสตัลไดอิเล็กทริกและแก้ว) ไอออนของธาตุหายากหรือไอออนของกลุ่มเหล็ก Fe มักใช้เป็นตัวกระตุ้น การสูบเป็นแบบออปติคัลและจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ดำเนินการตามรูปแบบสามหรือสี่ระดับ เลเซอร์โซลิดสเตตสมัยใหม่สามารถทำงานได้ในโหมดพัลซิ่ง ต่อเนื่อง และกึ่งต่อเนื่อง
· เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ อย่างเป็นทางการยังเป็นสถานะโซลิดสเตต แต่เดิมถูกจัดประเภทเป็นกลุ่มแยกกัน เนื่องจากมีกลไกการสูบน้ำที่แตกต่างกัน (การฉีดตัวพาประจุส่วนเกินผ่านทางชุมทาง pn หรือทางแยกเฮเทอโร การพังทลายของไฟฟ้าในสนามแรง การระดมยิงด้วยอิเล็กตรอนเร็ว) และการเปลี่ยนผ่านควอนตัมเกิดขึ้นระหว่างแถบพลังงานที่อนุญาต ไม่ใช่ระหว่างระดับพลังงานที่แยกจากกัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นเลเซอร์ประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในชีวิตประจำวัน นอกจากนี้ยังใช้ในสเปกโทรสโกปี ในระบบปั๊มสำหรับเลเซอร์อื่นๆ ตลอดจนในทางการแพทย์ (ดูการบำบัดด้วยแสง)
· เลเซอร์สี เลเซอร์ประเภทหนึ่งที่ใช้สารละลายของสีย้อมเรืองแสงเป็นตัวกลางที่ออกฤทธิ์เพื่อสร้างสีย้อมอินทรีย์ในวงกว้าง การเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์เกิดขึ้นระหว่างระดับย่อยของการสั่นต่างๆ ของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของเสื้อกล้ามแบบตื่นเต้นครั้งแรกและแบบกราวด์ การสูบน้ำด้วยแสงสามารถทำงานในโหมดต่อเนื่องและแบบพัลส์ คุณสมบัติหลักคือสามารถปรับความยาวคลื่นรังสีได้ในช่วงกว้าง ใช้ในการศึกษาทางสเปกโทรสโกปี
· เลเซอร์แก๊สคือเลเซอร์ที่มีตัวกลางแอคทีฟเป็นส่วนผสมของก๊าซและไอระเหย มีความโดดเด่นด้วยกำลังสูง มีสีเดียว และทิศทางการแผ่รังสีที่แคบ พวกเขาทำงานในโหมดต่อเนื่องและโหมดพัลส์ เลเซอร์แก๊สถูกแบ่งออกเป็นเลเซอร์ปล่อยก๊าซ, เลเซอร์แก๊สที่มีการกระตุ้นด้วยแสงและการกระตุ้นโดยอนุภาคที่มีประจุ (เช่นเลเซอร์ที่มีการสูบนิวเคลียร์) ในช่วงต้นทศวรรษที่ 80 ได้มีการทดสอบระบบป้องกันขีปนาวุธขึ้นอยู่กับระบบสูบน้ำ โดยไม่ประสบความสำเร็จมากนัก) เลเซอร์ไดนามิกของแก๊สและเคมี ขึ้นอยู่กับประเภทของการเปลี่ยนผ่านด้วยเลเซอร์ มีเลเซอร์แก๊สขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนผ่านของอะตอม เลเซอร์ไอออน เลเซอร์ระดับโมเลกุลโดยอาศัยการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ การสั่นและการหมุนของโมเลกุล และเลเซอร์เอ็กไซเมอร์
· เลเซอร์แก๊สไดนามิก - เลเซอร์แก๊สที่มีการปั๊มความร้อน ซึ่งการผกผันของประชากรจะถูกสร้างขึ้นระหว่างระดับการหมุนและการสั่นสะเทือนที่ตื่นเต้นของโมเลกุลเฮเทอโรนิวเคลียร์ โดยการขยายตัวอะเดียแบติกของส่วนผสมก๊าซที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง (โดยปกติคือ N 2 +CO 2 +He หรือ N 2 +CO 2 +H 2 โอ้ สารออกฤทธิ์คือ CO 2)
· เลเซอร์เอ็กไซเมอร์เป็นเลเซอร์แก๊สประเภทหนึ่งที่ทำงานเกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงานของโมเลกุลของเอ็กไซเมอร์ (ไดเมอร์ของก๊าซมีตระกูลและโมโนฮาไลด์ของพวกมัน) ซึ่งสามารถดำรงอยู่ในสภาวะตื่นเต้นได้เพียงบางเวลาเท่านั้น การสูบน้ำจะดำเนินการโดยการส่งลำแสงอิเล็กตรอนผ่านส่วนผสมของก๊าซภายใต้อิทธิพลที่อะตอมจะเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นด้วยการก่อตัวของตัวกระตุ้นซึ่งจริงๆแล้วเป็นสื่อที่มีการผกผันของประชากร เลเซอร์ Excimer มีความโดดเด่นด้วยคุณลักษณะพลังงานสูง การแพร่กระจายของความยาวคลื่นเลเซอร์เพียงเล็กน้อย และความเป็นไปได้ในการปรับจูนอย่างราบรื่นในช่วงกว้าง
· เลเซอร์เคมีเป็นเลเซอร์ประเภทหนึ่งที่แหล่งพลังงานคือปฏิกิริยาเคมีระหว่างส่วนประกอบของตัวกลางทำงาน (ส่วนผสมของก๊าซ) การเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์เกิดขึ้นระหว่างระดับการสั่นสะเทือนและการหมุนที่ตื่นเต้นกับระดับพื้นดินของโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา ในการทำปฏิกิริยาเคมีในสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องมีอนุมูลอิสระอยู่ตลอดเวลา โดยใช้วิธีการต่างๆ เพื่อโน้มน้าวให้โมเลกุลแยกตัวออกจากกัน มีความโดดเด่นจากรุ่นที่หลากหลายในบริเวณใกล้ IR ซึ่งเป็นรังสีต่อเนื่องและแบบพัลส์กำลังสูง
· เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระคือเลเซอร์ที่มีตัวกลางแอคทีฟเป็นการไหลของอิเล็กตรอนอิสระที่สั่นในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก (เนื่องจากการแผ่รังสีเกิดขึ้น) และแพร่กระจายด้วยความเร็วสัมพัทธภาพในทิศทางของการแผ่รังสี คุณสมบัติหลักคือความเป็นไปได้ของการปรับความถี่การสร้างช่วงกว้างที่ราบรื่น มียูบิตรอนและสแคตตรอนซึ่งอันแรกถูกสูบในสนามคงที่เชิงพื้นที่ของคลื่นลูกคลื่นส่วนหลัง - โดยสนามพลังอันทรงพลังของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีเมเซอร์เรโซแนนซ์ไซโคลตรอนและสโตรโฟตรอนที่มีพื้นฐานจากอิเล็กตรอน เบรมสตราลุง เช่นเดียวกับฟลิมาตรอนที่ใช้ผลของเชเรนคอฟและการแผ่รังสีทรานซิชัน เนื่องจากอิเล็กตรอนแต่ละตัวปล่อยโฟตอนได้มากถึง 10 8 โฟตอน จริงๆ แล้วเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระจึงเป็นอุปกรณ์แบบคลาสสิกและอธิบายตามกฎของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก
· เลเซอร์ควอนตัมคาสเคดเป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปล่อยออกมาในช่วงอินฟราเรดกลางและอินฟราเรดไกล แตกต่างจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ซึ่งปล่อยผ่านการเปลี่ยนผ่านแบบบังคับระหว่างอิเล็กตรอนที่อนุญาตและระดับรูที่แยกจากกันโดยช่องว่างแถบของเซมิคอนดักเตอร์ การแผ่รังสีของเลเซอร์น้ำตกควอนตัมเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนระหว่างชั้นของโครงสร้างเฮเทอโรของเซมิคอนดักเตอร์ และประกอบด้วยคานสองประเภท และลำแสงทุติยภูมิมีคุณสมบัติที่ผิดปกติอย่างมากและไม่ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก
· เลเซอร์ประเภทอื่นๆ ซึ่งการพัฒนาหลักการถือเป็นงานวิจัยที่สำคัญในปัจจุบัน (เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ เลเซอร์แกมมา ฯลฯ)
3. เลเซอร์ในทางการแพทย์
ด้วยการถือกำเนิดของเลเซอร์ทางอุตสาหกรรม ยุคใหม่ของการผ่าตัดได้เริ่มต้นขึ้น ในกรณีนี้ ประสบการณ์ของผู้เชี่ยวชาญในการแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์จะมีประโยชน์มาก การเชื่อมเรตินาที่แยกออกมาด้วยเลเซอร์นั้นเป็นการเชื่อมแบบจุดสัมผัส มีดผ่าตัดเลเซอร์ - การตัดอัตโนมัติ การเชื่อมกระดูก - การเชื่อมแบบก้นฟิวชั่น การเชื่อมเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อก็เป็นการเชื่อมแบบต้านทานเช่นกัน เพื่อให้รังสีเลเซอร์มีผล เนื้อเยื่อจะต้องดูดซับรังสีดังกล่าว เลเซอร์ที่นิยมใช้ในการผ่าตัดคือคาร์บอนไดออกไซด์ เลเซอร์ชนิดอื่นเป็นแบบเอกรงค์ นั่นคือให้ความร้อน ทำลาย หรือเชื่อมเฉพาะเนื้อเยื่อชีวภาพบางชนิดที่มีสีเฉพาะเจาะจงมาก ตัวอย่างเช่น ลำแสงเลเซอร์อาร์กอนส่องผ่านตัวแก้วตาที่ทึบแสงอย่างอิสระ และถ่ายโอนพลังงานไปยังเรตินาซึ่งมีสีใกล้เคียงกับสีแดง เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์เหมาะในกรณีส่วนใหญ่ เช่น เมื่อจำเป็นต้องตัดหรือเชื่อมผ้าที่มีสีต่างกันเข้าด้วยกัน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาอื่น เนื้อเยื่ออิ่มตัวไปด้วยเลือดและน้ำเหลือง มีน้ำจำนวนมาก และการแผ่รังสีเลเซอร์ในน้ำจะสูญเสียพลังงาน เป็นไปได้ที่จะเพิ่มพลังงานของลำแสงเลเซอร์ แต่อาจทำให้เนื้อเยื่อไหม้ได้ ผู้สร้างเลเซอร์ผ่าตัดต้องใช้กลอุบายทุกประเภท ซึ่งทำให้ต้นทุนของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างมาก ช่างเชื่อมโลหะรู้กันมานานแล้วว่าเมื่อตัดแผ่นโลหะบาง ๆ กองหนึ่ง จำเป็นต้องวางให้ชิดกัน และเมื่อทำการเชื่อมจุดต้านทาน ต้องใช้แรงดันเพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนที่เชื่อมสัมผัสกันอย่างใกล้ชิด วิธีนี้ยังใช้ในการผ่าตัดอีกด้วย ศาสตราจารย์ O.I. Skobelkin และผู้เขียนร่วมแนะนำว่าเมื่อทำการเชื่อมเนื้อเยื่อ ควรบีบเนื้อเยื่อเล็กน้อยเพื่อบีบเลือด เพื่อนำวิธีการใหม่นี้ไปใช้ ได้มีการสร้างเครื่องมือทั้งชุดขึ้น ซึ่งปัจจุบันใช้ในการผ่าตัดระบบทางเดินอาหาร ในระหว่างการผ่าตัดทางเดินน้ำดี ม้าม ตับ และปอด
3.1 ทันตกรรม
การวิเคราะห์ข้อมูลวรรณกรรมเกี่ยวกับการรักษาโรคของเยื่อเมือกในช่องปากและโรคปริทันต์แสดงให้เห็นว่ายาบางชนิด โดยเฉพาะยาปฏิชีวนะและยาสเตียรอยด์ เปลี่ยนศักยภาพรีดอกซ์ของน้ำลาย ทำให้การทำงานของไลโซไซม์อ่อนลง ส่งเสริมการเกิดปฏิกิริยาภูมิแพ้ และ ทำให้ความต้านทานของร่างกายต่ออิทธิพลที่ทำให้เกิดโรคลดลง ทั้งหมดนี้ทำให้ขั้นตอนและการรักษากระบวนการทางพยาธิวิทยาในเยื่อบุในช่องปากและปริทันต์มีความซับซ้อน ปัจจัยเหล่านี้ทำให้จำเป็นต้องค้นหาวิธีการรักษาแบบใหม่โดยไม่ต้องใช้ยา หนึ่งในนั้นคือการกายภาพบำบัด และหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการฉายรังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำ การแผ่รังสีเลเซอร์เพิ่มกิจกรรมการแพร่กระจายของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ 1.3-3.5 เท่า พบว่า LILI มีฤทธิ์ต้านการอักเสบต่อข้อบกพร่องที่กระทบกระเทือนจิตใจของเยื่อเมือกในช่องปาก ส่งเสริมการเร่งการเยื่อบุผิว และการฟื้นฟูเนื้อเยื่อเยื่อเมือกเฉพาะอวัยวะในบริเวณที่มีข้อบกพร่อง ผลกระทบนี้มีสาเหตุหลักมาจากการสังเคราะห์ DNA ในเซลล์เพิ่มมากขึ้น เป็นที่ยอมรับกันว่าในขณะที่ฉายรังสี ความเข้มข้นของเลือดจะเพิ่มขึ้น 20% ปริมาณรังสีที่ทำให้หลอดเลือดหดตัวที่เหมาะสมที่สุดคือ 100 mW/cm2 (สำหรับ GNL) โดยได้รับแสง 2 นาที (12 J/cm2) [ Aleksandrov M.T., Prokhonchukov A.A., 1981] นักวิจัยบางคนยังเชื่อมโยงผลยาแก้ปวดของการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ที่พบในคลินิกกับการพัฒนาปฏิกิริยาหดตัว ในการทดลองในแบบจำลองการฟื้นฟูหลังเหตุการณ์สะเทือนใจของเยื่อเมือกของลิ้น พบว่ามีการสร้างเยื่อบุผิวของแผลเร็วขึ้นและดีขึ้นหลังจากการสัมผัสกับแสงเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (ความหนาแน่นของพลังงาน 200 mW/cm 2 สำหรับการสัมผัสครั้งเดียว และ 1 mW/cm 2 สำหรับการสัมผัสรายวัน) [Vinogradov A.V. และคณะ 1990] การศึกษาโครงสร้างพิเศษของเหงือกหลังจากการฉายรังสีทุกวันด้วยแสง GNL เป็นเวลา 1, 3 และ 6 ครั้ง พบว่ามีปฏิกิริยาที่เด่นชัดในส่วนขององค์ประกอบหลักของเหงือก ในเซลล์เยื่อบุผิวของชั้น corneum จำนวนแวคิวโอลเบาและกระจุกที่ถูกออสเมตอย่างหนักจะเพิ่มขึ้น และในชั้นที่เป็นเม็ดเล็ก จำนวนแกรนูลออสเมตจะเพิ่มขึ้น ไมโตคอนเดรียจำนวนมากปรากฏในเส้นใยกล้ามเนื้อ และตรวจพบการสะสมของเซลล์เม็ดเลือดแดงในหลอดเลือด ทั้งหมดนี้บ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของการสังเคราะห์สารในเซลล์ภายใต้อิทธิพลของ LILI [Zazulevskaya L.Ya. และคณะ (1990)] จากผลการศึกษาพบว่าสเปกตรัมของการกระทำและพารามิเตอร์สำหรับการแผ่รังสีต่อเนื่องที่มีความยาวคลื่น 0.63 ไมครอน (หัวเลเซอร์ KLO4 สำหรับ ALT "Matrix") ถูกกำหนดซึ่งมีฤทธิ์ต้านการอักเสบ (หลอดเลือด) กระตุ้นการแพร่กระจายและการยับยั้งของเซลล์ ผลกระทบ ดังนั้น การกระตุ้นการเพิ่มจำนวนเซลล์จึงสังเกตได้ที่ความหนาแน่นของพลังงาน 10 ถึง 100 mW/cm2 โดยสัมผัสกับหนึ่งฟิลด์จาก 30 วินาทีถึง 5 นาที ผลต้านการอักเสบและยาแก้ปวด - ที่ความหนาแน่นพลังงาน 100-200 mW / cm 2 สัมผัสกับสนามเดียวเป็นเวลา 2-5 นาที ผลการยับยั้ง - ที่ความหนาแน่นพลังงาน 100-400 mW/cm 2 และเวลาเปิดรับแสง 1-6 นาที ควรสังเกตว่าค่าที่ระบุของความหนาแน่นของพลังงานรังสีเลเซอร์นั้นทำได้โดยใช้ตัวนำทางแสงพิเศษ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ โดยเฉพาะหัวเปล่งแสงของสเปกตรัมอินฟราเรด (LO4) สำหรับ Matrix ALT ทำให้ในกรณีส่วนใหญ่สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้เส้นใยนำแสง เมื่อเกิดการกระแทก ให้ฉายภาพบริเวณที่ได้รับผลกระทบโดยใช้อุปกรณ์ยึดกระจกและแม่เหล็กติดกระจก ซึ่งมักจะมีประสิทธิภาพมากกว่าและไม่ต้องใช้ความหนาแน่นของพลังงานสูงเช่นนี้ คุณลักษณะของการแผ่รังสีอินฟราเรดแบบพัลซ์ (IR) ช่วยให้สามารถใช้เทคนิคการรักษาด้วยเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงกว่าโดยมีภาระพลังงาน (ความหนาแน่นของพลังงาน) ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด พบว่ารังสีอินฟราเรดแบบพัลส์เลเซอร์กระตุ้นกระบวนการเพิ่มจำนวนโครงสร้างเซลล์ที่ขนาด 0.03-0.86 J/cm2 โดยให้ผลสูงสุดที่ขนาด 0.22 J/cm2 ในขณะที่ GNL (การแผ่รังสีต่อเนื่องของสเปกตรัมสีแดง) จะให้ผลสูงสุดที่ 3 J/cm 2 การใช้รังสีทั้งสองชนิดร่วมกันในการรักษาที่ซับซ้อนของผู้ป่วยที่มีเสมหะบนใบหน้าช่วยให้ได้รับผลการรักษาที่ดีที่สุด และลดระยะเวลาของความพิการได้โดยเฉลี่ย 8 วัน [Platonova V.V., 1990] การฉายรังสีเลเซอร์ IR แบบพัลซ์ร่วมกับสนามแม่เหล็กคงที่ 35-50 mT สามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพในทุกขั้นตอนของการจัดฟัน การไม่มีภาวะแทรกซ้อนและการกำเริบของโรค ผลผลิตที่เพิ่มขึ้นของแพทย์และเจ้าหน้าที่พยาบาลโดยรวมทำให้เกิดผลกระทบทางเศรษฐกิจโดยรวม 36-43% [Kuznetsova M.A., 2000] การใช้แสงเลเซอร์พัลส์ความเข้มต่ำเนื่องจากผลกระทบโดยทั่วไป (สุขภาพทั่วไป) ขยายข้อบ่งชี้สำหรับการรักษาความผิดปกติของฟันจัดฟัน:
· ภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยต่างๆ (โรคเหงือกอักเสบเนื่องจากฟันหนาแน่น, สุขอนามัยช่องปากที่ไม่ดี, วัยรุ่น, บาดแผล; โรคปริทันต์อักเสบ);
·ที่มีภาวะแทรกซ้อนจากการอักเสบ - dystrophic ที่เด่นชัดในปริทันต์ของฟันที่ถูกย้ายเช่นเดียวกับในเด็กที่อ่อนแอซึ่งมีสถานะภูมิคุ้มกันบกพร่อง (ภูมิคุ้มกันบกพร่อง, ปรากฏการณ์ภูมิแพ้, อาการแพ้, ความผิดปกติของฮอร์โมนและภูมิคุ้มกัน ฯลฯ );
· เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการรักษาทางทันตกรรมจัดฟันแบบแอคทีฟ LILI ช่วยให้คุณหยุดกระบวนการอักเสบได้เร็วขึ้น 1.6 เท่า (โดยเฉลี่ย 4-6 วัน) ในทางสถิติได้อย่างน่าเชื่อถือ เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม ซึ่งจะทำให้ขั้นตอนการเตรียมการสั้นลง 2.3 เท่า ทำให้เกิดสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเริ่มต้นการรักษาทางทันตกรรมจัดฟัน
· เมื่อทำการถอดฟันแท้แต่ละซี่ออกด้วยเหตุผลด้านทันตกรรมจัดฟัน เผยให้เห็นครอบฟันของฟันที่ได้รับผลกระทบ การทำศัลยกรรมพลาสติกบริเวณฟันกรามของลิ้นและฟันกรามของริมฝีปาก ทำให้ส่วนหน้าของช่องปากลึกขึ้น การใช้ IR LILI แบบพัลส์ความเข้มต่ำในปริมาณต้านการอักเสบและกระตุ้นการงอกใหม่ทำให้สามารถเร่งการรักษาบาดแผลหลังผ่าตัดของเนื้อเยื่ออ่อนของช่องปากได้โดยไม่เกิดเส้นและแผลเป็นเปลี่ยนแปลงโดยเฉลี่ย 4- 5 วันเมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป
· เมื่อกำจัดความผิดปกติของฟันโดยใช้เทคโนโลยีคงที่ที่ทันสมัย การบำบัดด้วยเลเซอร์ช่วยให้คุณกำจัดความเจ็บปวดหลังจากการตรึงและการเปิดใช้งานองค์ประกอบของอุปกรณ์ ป้องกันการตอบสนองการอักเสบที่กระทบกระเทือนจิตใจที่อาจเกิดขึ้นในพื้นที่ของการใช้แรงจัดฟัน อำนวยความสะดวกระยะเวลาทางสรีรวิทยาและ การปรับตัวทางจิตวิทยากับเครื่องมือจัดฟันและลดเวลาการรักษาทั่วไป (โดยเฉลี่ย 6 ±1.2 เดือนเมื่อเทียบกับวิธีทั่วไป)
LT ให้การยึดเกาะที่เชื่อถือได้ ในทางสถิติทำให้สามารถแก้ไขฟันที่เคลื่อนในตำแหน่งที่ต้องการได้ และลดระยะเวลาการรักษาขั้นสุดท้าย (โดยเฉลี่ย 4-6 เดือน) ช่วยเร่งการปะทุของฟันที่ค้างอยู่ในขากรรไกรได้ 4.7 เท่าโดยไม่ต้องผ่าตัด การแทรกแซงซึ่งมักเป็นวิธีการเลือก การใช้ IR LILI แบบพัลส์ความเข้มต่ำพร้อมกันและสนามแม่เหล็กคงที่จะเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันและการรักษาของการเคลื่อนย้ายพื้นฐานของฟันที่คงอยู่อย่างมีนัยสำคัญ (เปลี่ยนตำแหน่งในกรามและตั้งไว้ในทิศทางของการปะทุ) และเร่งการปะทุ เพิ่มขึ้น 5.3 เท่า โดยไม่ต้องผ่าตัด คุณสมบัติที่ระบุไว้ของรังสีเลเซอร์ช่วยให้สามารถนำไปใช้ในทางทันตกรรมสำหรับโรคของเยื่อเมือกในช่องปากซึ่งมาพร้อมกับการทำลายของเยื่อบุผิวการงอกใหม่ช้าการอักเสบความเจ็บปวดรวมถึงรอยโรคที่มาจากไวรัส (เอฟเฟกต์โฟโตไดนามิก) ในกรณีที่เกิดการอักเสบ การฉายรังสีเลเซอร์จะทำให้เกิดผลทั้งทั่วไปและเฉพาะที่ ผลกระทบทั่วไปแสดงออกในการเพิ่มขึ้นของปัจจัยป้องกันทางร่างกายที่ไม่จำเพาะเจาะจง (ส่วนประกอบ, อินเตอร์เฟอรอน, ไลโซไซม์), ปฏิกิริยาเม็ดเลือดขาวทั่วไป, การกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือดแดงจากไขกระดูก และการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมฟาโกไซติกของระบบไมโครและมาโครฟาจ ผล desensitizing เกิดขึ้น, การกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน, การป้องกันทางภูมิคุ้มกันเฉพาะเซลล์และร่างกาย, และการเพิ่มขึ้นของปฏิกิริยาการป้องกันและการปรับตัวโดยทั่วไปของร่างกายเกิดขึ้น ผลกระทบในท้องถิ่น ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบหลักของปฏิกิริยาการอักเสบ: การหลั่ง, การเปลี่ยนแปลง, การแพร่กระจาย สารหลั่ง: การขยายหลอดเลือด, การกระตุ้นจุลภาคด้วยการหดตัวของหลอดเลือดตามมา - การป้องกันการพัฒนาของความผิดปกติของเฟสของจุลภาคและการทำให้การไหลเวียนโลหิตเป็นปกติร่วมกับการทำให้การซึมผ่านของผนังหลอดเลือดเป็นปกติ (อุปสรรคของเนื้อเยื่อหลอดเลือด), การลดอาการบวมน้ำของเนื้อเยื่อ . ภายใต้อิทธิพลของรังสี LILI การก่อตัวของนิวโทรฟิลและโมโนไซต์ที่เหมาะสมที่สุดเกิดขึ้น การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมฟาโกไซติกของไมโครและมาโครฟาจ การผลิตสารฆ่าเชื้อแบคทีเรียและสารกระตุ้นการเจริญเติบโต การกระตุ้นการแพร่กระจาย และการกระตุ้นคุณสมบัติของสิ่งกีดขวางของ เยื่อเมือกในช่องปาก การเปลี่ยนแปลง: การกระตุ้นการทำงานของไมโตคอนเดรียและออร์แกเนลล์ของเซลล์อื่น ๆ การเผาผลาญด้วยการใช้ออกซิเจนที่เพิ่มขึ้น และการกระตุ้นการหายใจของเนื้อเยื่อ ในเวลาเดียวกันกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะถูกระงับการพัฒนาของภาวะกรดและการเปลี่ยนแปลง dystrophic ทุติยภูมิจะถูกป้องกันและในที่สุดการฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่เสียหายก็จะได้รับการอำนวยความสะดวก การแพร่กระจาย: การกระตุ้นระบบ DNA-RNA-โปรตีน, เพิ่มกิจกรรมไมโทติค (การงอกขยาย) ของเซลล์, การกระตุ้นปฏิกิริยาของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ทางสัณฐานวิทยาปฏิกิริยาของเซลล์แสดงออกในการเร่งความเร็วและความเข้มข้นของการก่อตัวของสิ่งกีดขวางไฟโบรบลาสติก (กับพื้นหลังของการปล่อยสารกระตุ้นการเจริญเติบโต), การกระตุ้นการก่อตัวของเนื้อเยื่อเม็ด, การเร่งการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์, การกระตุ้นการก่อตัว ของเส้นใยคอลลาเจนและการสุกของเนื้อเยื่อเม็ด เป็นผลให้เกิดเยื่อบุผิวทางสรีรวิทยาที่รวดเร็วและมากขึ้นการเร่งและการสร้างใหม่ของเยื่อเมือกในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบเกิดขึ้น ผลการรักษา (การกระตุ้น) ของกระบวนการสร้างเนื้อเยื่อใหม่จะแสดงออกมาในการกระตุ้นระบบ DNA-RNA-โปรตีน, การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและโปรตีนนิวเคลียร์ที่เพิ่มขึ้น, มวลนิวเคลียร์ที่เพิ่มขึ้น, การสังเคราะห์โปรตีนไซโตพลาสซึมเพิ่มขึ้น และการสะสมของพวกมันระหว่างเฟสถึงวิกฤต ระดับ. ไมโทซิสถูกกระตุ้น เร่ง และเพิ่มการแพร่กระจายของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและเซลล์เยื่อบุผิวเกิดขึ้น ผลการรักษาของการสัมผัสเลเซอร์บนเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในสนามแม่เหล็กคงที่ (CMF) เนื่องจากการปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญ การบำบัดด้วยเลเซอร์แม่เหล็ก (MLT) ได้รับการเสนอในช่วงปลายยุค 70 และแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากประสิทธิภาพการรักษาสูงเนื่องจากประสิทธิภาพของสนามแม่เหล็กและการแผ่รังสีเลเซอร์ [Mostovnikov V.A. และคณะ 1991; โปลอนสกี้ เอ.เค. และคณะ 1981] ด้วยการเปิดรับแสงเลเซอร์แม่เหล็กแบบรวม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรักษาจุดโฟกัสทางพยาธิวิทยาที่อยู่ลึก การใช้ LILI ของส่วนอินฟราเรดใกล้ของสเปกตรัม (ความยาวคลื่น 0.8–1.3 μm) จะมีประสิทธิภาพมากกว่าด้วยเหตุผลวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้ ประการแรก การส่งผ่านรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสูงสุดโดยผิวหนังของมนุษย์อยู่ในช่วงนี้ ประการที่สอง PMF โดยการวางทิศทางไดโพลเป็นเส้นเดียวตามแนวคลื่นแสงในแนวเดียวกัน ส่งเสริมปฏิสัมพันธ์แบบสั่นพ้องของโครงสร้างทางชีววิทยาและเพิ่มการดูดกลืนแสงในช่วง IR การแผ่รังสีเลเซอร์แบบพัลซ์ IR (γ = 0.89 μm) มีผลมากกว่าต่อความเสถียรของเยื่อหุ้มเซลล์ ในขณะที่เมื่อใช้ร่วมกับ PMF ปัจจัยนี้มีผลเด่นชัดต่อกระบวนการจุลภาคหมุนเวียน [Zubkova S.M. และคณะ 1991] เมื่อทำ MLT จะใช้สิ่งที่แนบมาด้วยแม่เหล็กพิเศษที่มีรูปร่างของสนามที่เหมาะสมที่สุดซึ่งช่วยให้แพทย์ไม่ต้องคำนึงถึงการกระทำเฉพาะของขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็ก เวลา MLT ที่เหมาะสมที่สุดคือ 1.5–2 นาทีที่ PMF 15–75 mT และกำลัง IR LILI แบบพัลซ์ที่ 10–15 W; จำนวนขั้นตอนคือตั้งแต่ 5 ถึง 10 เพื่อกระตุ้นการไหลเวียนของเลือด PMP ที่มีการเหนี่ยวนำ 50 mT จะเหมาะสมที่สุด MLT มีฤทธิ์ในการแข็งตัวของเลือดต่ำ มีฤทธิ์กดประสาทเล็กน้อยและมีฤทธิ์ลดความดันโลหิต และมีผลเชิงบวกต่อส่วนประกอบแต่ละส่วนของระบบภูมิคุ้มกัน [Builin V.A., 1997; Moskvin S.V., Builin V.A., 2005] ข้อบ่งชี้ สำหรับการรักษาด้วยเลเซอร์: โรคปริทันต์อักเสบในระยะเฉียบพลัน, โรคปริทันต์ (hyperesthesia), ริมฝีปากเริมและปากเปื่อย herpetic ของผู้ใหญ่, กลุ่มอาการ Melkersson-Rosenthal, เปื่อยอักเสบเรื้อรังกำเริบ, glossitis desquamative, โรคเหงือกอักเสบเรื้อรัง, โรคเหงือกอักเสบเป็นแผล, การบาดเจ็บที่บาดแผลของเยื่อบุในช่องปาก, ผื่นแดง multiforme ฯลฯ . ข้อห้าม: leukoplakia ทุกรูปแบบตลอดจนปรากฏการณ์การแพร่กระจายของเยื่อเมือกในช่องปาก (papillomatosis, hyperkeratosis ที่ จำกัด , rhomboid glossitis); โรคที่รุนแรงของระบบหัวใจและหลอดเลือด (ภาวะหลอดเลือดแข็งตัวที่มีความบกพร่องอย่างรุนแรงของการไหลเวียนของหลอดเลือด, เส้นโลหิตตีบในสมองที่มีความบกพร่องของการไหลเวียนในสมองระยะ II-III), ความดันโลหิตสูงระยะที่ 3, ความดันเลือดต่ำ; โรคถุงลมโป่งพองในปอดรุนแรงและรุนแรง ความเป็นพิษของวัณโรค; เนื้องอกร้าย เนื้องอกที่ไม่ร้ายแรงซึ่งมีการแปลในบริเวณศีรษะและคอ โรคเบาหวานขั้นรุนแรงในสภาวะที่ไม่ได้รับการชดเชยหรือมีการชดเชยที่ไม่แน่นอน โรคเลือด สภาพหลังกล้ามเนื้อหัวใจตาย (ภายใน 6 เดือนหลังเหตุการณ์)
3.2 การผ่าตัด
ในปัจจุบัน เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงความก้าวหน้าทางการแพทย์ที่ปราศจากเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งได้เปิดโอกาสใหม่ในการแก้ปัญหาทางการแพทย์มากมาย
การศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นและระดับพลังงานที่แตกต่างกันบนเนื้อเยื่อชีวภาพทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์การแพทย์เลเซอร์แบบมัลติฟังก์ชั่นได้ ซึ่งขอบเขตของการประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติทางคลินิกนั้นกว้างมากจนเป็นเรื่องยากมากที่จะตอบ คำถาม: รักษาโรคใดบ้างที่ไม่ใช้เลเซอร์? การพัฒนายารักษาโรคด้วยเลเซอร์มี 3 สาขาหลัก ได้แก่ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ การรักษาด้วยเลเซอร์ และการวินิจฉัยด้วยเลเซอร์ กิจกรรมของเราคือเลเซอร์สำหรับการใช้งานในการผ่าตัดและวิทยาความงาม โดยมีกำลังสูงเพียงพอสำหรับการตัด การกลายเป็นไอ การแข็งตัว และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอื่น ๆ ในเนื้อเยื่อชีวภาพ
ในการผ่าตัดด้วยเลเซอร์
มีการใช้เลเซอร์ที่ทรงพลังเพียงพอซึ่งมีกำลังการแผ่รังสีเฉลี่ยสิบวัตต์ซึ่งสามารถให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อชีวภาพอย่างรุนแรงซึ่งนำไปสู่การตัดหรือการระเหย ลักษณะเหล่านี้และคุณลักษณะอื่นๆ ของเลเซอร์ผ่าตัดเป็นตัวกำหนดการใช้งานในการผ่าตัดเลเซอร์ผ่าตัดประเภทต่างๆ ที่ทำงานบนสื่อแอคทีฟเลเซอร์ต่างๆ คุณสมบัติเฉพาะของลำแสงเลเซอร์ทำให้สามารถดำเนินการที่เป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ได้โดยใช้วิธีการใหม่ที่มีประสิทธิภาพและมีการบุกรุกน้อยที่สุด ระบบเลเซอร์ที่ใช้ในการผ่าตัดช่วยให้: การกลายเป็นไอแบบสัมผัสและไม่สัมผัสอย่างมีประสิทธิภาพ และการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพ
- สนามผ่าตัดแห้ง
- ความเสียหายเล็กน้อยต่อเนื้อเยื่อรอบข้าง
- hemo- และ aerostasis ที่มีประสิทธิภาพ
- การหยุดท่อน้ำเหลือง
- ความแห้งแล้งและความไม่ยืดหยุ่นสูง
- ความเข้ากันได้กับเครื่องมือส่องกล้องและส่องกล้อง
ทำให้สามารถใช้เลเซอร์ผ่าตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อดำเนินการผ่าตัดที่หลากหลายในด้านระบบทางเดินปัสสาวะ นรีเวชวิทยา โสตนาสิกลาริงซ์วิทยา กระดูกและข้อ ศัลยกรรมประสาท ฯลฯ ในความเห็นของเรา ทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับศัลยแพทย์เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของมันคือเลเซอร์โฮลเมียม ดังนั้นเราจึงให้ความสำคัญกับเลเซอร์ Holmium ในการผ่าตัดเป็นหลัก
KTP - เลเซอร์
นี่คือเลเซอร์นีโอไดเมียมโกเมน (Nd:YAG) ที่รู้จักกันดี ควบคู่กับคริสตัลโพแทสเซียมไททานิลฟอสเฟต (KTP) แบบไม่เชิงเส้น ซึ่งเพิ่มความถี่ของแสงที่ปล่อยออกมาเป็นสองเท่าเพื่อสร้างความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ในพื้นที่สีเขียวของสเปกตรัม การรักษาด้วยเลเซอร์สำหรับความผิดปกติของหลอดเลือดขึ้นอยู่กับผลความร้อนของการแผ่รังสีเลเซอร์บนหลอดเลือด โดยไม่เปลี่ยนโครงสร้างของเนื้อเยื่อที่อยู่ติดกัน รังสีสีเขียวของเลเซอร์ KTP ทะลุผ่านชั้นผิวของผิวหนังและถูกดูดซึมโดยฮีโมโกลบินในเลือดได้ดี เป็นผลให้ความร้อนจำนวนมากถูกปล่อยออกมาในหลอดเลือดที่เสียหาย ลิ่มเลือด และผนังด้านในถูกทำลาย ต่อจากนั้นหลอดเลือดทางพยาธิวิทยาจะปกคลุมไปด้วยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและผิวหนังจะมีสีเป็นธรรมชาติ ในทางปฏิบัติ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงเวลาคลายความร้อนของถัง ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาที่จำเป็นสำหรับการถ่ายเทความร้อนภายนอกถัง เวลานี้ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของภาชนะเป็นหลัก และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 1 ms (สำหรับภาชนะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 μm) ถึง 80 ms (สำหรับภาชนะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 μm) เมื่อฉายรังสีด้วยเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงเป็นพัลส์สั้นมาก หลอดเลือดจะดูดซับพลังงานจำนวนมากเพียงพอซึ่งไม่มีเวลาที่จะกระจายไป ด้วยเหตุนี้อุณหภูมิและความดันภายในหลอดเลือดจึงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งนำไปสู่การแตกของผนังและเลือดออกเล็กน้อย ในทางคลินิก อาการนี้จะปรากฏเป็นจ้ำหรือเลือดออกขนาดเล็ก ด้วยการเพิ่มระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับโหมดการแข็งตัวแบบเลือกได้เมื่ออุณหภูมิของผนังหลอดเลือดเพิ่มขึ้นทีละน้อยการบัดกรีและการหายไปจะเกิดขึ้น ระยะเวลาของชีพจรจะต้องนานกว่าเวลาผ่อนคลายของหลอดเลือด แต่มีข้อ จำกัด มิฉะนั้นความร้อนจำนวนมากจะกระจายออกไปด้านนอกโดยเปล่าประโยชน์และการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอาจเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่ของผิวหนังชั้นหนังแท้โดยรอบ บริเวณที่เกิดแสงเลเซอร์ สีผิวตามธรรมชาติจะกลับคืนมา เนื้อเยื่อรอบหลอดเลือดแทบไม่ดูดซับรังสีเลเซอร์และไม่เสียหาย จึงไม่เกิดแผลเป็นหลังการผ่าตัด
3.4 การฟื้นฟูผิวด้วยแสง
เมื่อรังสีเลเซอร์ KTP ถูกดูดซับโดยฮีโมโกลบินในเลือด นอกเหนือจากการแข็งตัวของหลอดเลือดและการทำความสะอาดผิวของรอยโรคที่มีเม็ดสีและหลอดเลือดแล้ว ยังสามารถรับผลอีกอย่างหนึ่งได้ - การฟื้นฟูผิวด้วยแสง การฟื้นฟูด้วยแสงคือการปรับปรุงสภาพผิวที่มองเห็นได้โดยใช้เลเซอร์หรือแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ จะเกิดอะไรขึ้นโดยตรงในผิวหนังเมื่อถูกฉายรังสีด้วยพัลส์แสงอันทรงพลัง? เมื่อแสงถูกดูดซับและผนังหลอดเลือดถูกทำให้ร้อน ความร้อนก็จะถ่ายเทความร้อนออกสู่ภายนอก การให้ความร้อนแบบเลือกสรรของคอลลาเจนในผิวหนัง (ถึงอุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส) ทำให้เกิดการกระตุ้นเซลล์พิเศษในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน - ไฟโบรบลาสต์ ซึ่งเริ่มสังเคราะห์คอลลาเจนใหม่อย่างแข็งขัน ดังนั้นเส้นใยคอลลาเจนและอีลาสตินใหม่จึงปรากฏขึ้นในผิวที่แก่ชรา และกลับมาดูอ่อนเยาว์และสดชื่นอีกครั้ง การสังเคราะห์คอลลาเจนใหม่เป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่ต้องใช้เวลาระยะเวลาหนึ่งจึงไม่สามารถสังเกตเห็นผลลัพธ์ได้ทันที อาจต้องมีเซสชันทั้งหมด 3 - 6 ครั้งในช่วงเวลา 3 สัปดาห์ หลังจากทำขั้นตอนหนึ่ง สีและโครงสร้างของผิวจะดีขึ้น ใบหน้าจะกระชับขึ้น รูปทรงจะดีขึ้น และรูขุมขนจะแคบลง ด้วยการยกกระชับทั่วไป ริ้วรอยขนาดเล็กและขนาดกลางจึงเรียบเนียนขึ้น ดังนั้นการฟื้นฟูด้วยแสงโดยใช้เลเซอร์ KTP จึงเป็นวิธีการฟื้นฟูผิวแบบใหม่ที่ไม่รุกรานและมีประสิทธิภาพโดยมีความเสี่ยงน้อยที่สุดและไม่มีระยะเวลาการพักฟื้นที่ยาวนานสำหรับผู้ป่วย
เลเซอร์ dermabrasion คือ:
- การรุกรานของการปฏิบัติการต่ำ
- ความเสียหายจากความร้อนน้อยที่สุดและการฟื้นฟูผิวอย่างรวดเร็ว
- ความเสี่ยงน้อยที่สุดของการเกิดซ้ำและภาวะแทรกซ้อนหลังการผ่าตัด
- สมานแผลอย่างรวดเร็ว
กลไกการออกฤทธิ์ของการลอก
ขึ้นอยู่กับความสามารถของผิวในการรักษาตัวเองได้อย่างรวดเร็ว ผลกระทบที่กระทบกระเทือนจิตใจใด ๆ - การเผาไหม้, การเสียดสี, บาดแผล - ทำให้เกิดปฏิกิริยาจากร่างกายทันที เมื่อได้รับบาดเจ็บเพียงเล็กน้อย กองกำลังทั้งหมดจะถูกโยนเข้าสู่การป้องกัน - กระบวนการฟื้นฟูเริ่มต้นขึ้น อย่างไรก็ตามในการฟื้นฟูผิวจะไม่ใช้วัสดุเก่า ความจริงก็คือในระหว่างการบาดเจ็บ เซลล์ที่มีรูปร่างผิดปกติจะถูกทำลาย และส่งเสริมกิจกรรมของคนหนุ่มสาวและมีสุขภาพดีมากขึ้นกว่าเดิม แน่นอนว่านอกเหนือจากการฟื้นฟูแล้ว กระบวนการต่ออายุอื่นๆ ยังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในผิวหนัง ตัวอย่างเช่นนี่คือโปรแกรมการทำงานของ keratinocytes ซึ่งเป็นเซลล์หลักของหนังกำพร้า โดยพื้นฐานแล้ว หนังกำพร้าประกอบด้วยชั้นของเคราติโนไซต์ที่มีอายุต่างกัน และแต่ละชั้นก็ทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาของตัวเอง (เช่น ชั้น corneum บนสุดเป็นเกราะป้องกันเซลล์ที่ตายแล้วอย่างหนาแน่น) ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา การหยุดชะงักอาจเริ่มต้นขึ้นในโปรแกรมชีวิตของ keratinocytes จากนั้นเซลล์พร้อมกับความเสียหายที่สะสมจะยังคงอยู่ในชั้นกลาง ด้านลบที่เล็ดลอดออกมาจากพวกมัน (เช่นโรคติดเชื้อ) ส่งผลต่อการทำงานของเซลล์อื่นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
เป็นผลให้การแบ่งเซลล์ในเนื้อเยื่อที่มีชีวิตช้าลง (บางลง) และในทางกลับกันชั้น corneum จะหนาขึ้น ทำให้ผิวมีลักษณะเหมือนกระดาษ parchment ในสถานการณ์เช่นนี้ การลอกจะทำหน้าที่ได้ดี ในขณะเดียวกันก็สร้างเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการทำความสะอาดสิ่งกีดขวางด้านบนอย่างละเอียด และอำนวยความสะดวกในกระบวนการต่ออายุที่มีการควบคุม การขัดผิวด้วยการกระตุ้นให้เกิดความเสียหายเทียมต่อผิวหนังชั้นนอกนั้นดำเนินการโดยใช้วิธีที่อ่อนโยนเฉพาะเจาะจง โดยไม่มีความเจ็บปวดหรือไม่สบายตัว หากการฟื้นฟูเกิดขึ้นตามปกติ ผิวจะดูดีขึ้นมากหลังการฟื้นฟู ชั้น corneum จะบางลงและสม่ำเสมอมากขึ้น และชั้นหนังแท้จะยืดหยุ่นได้
| 3.5 ลบรอยสักและจุดด่างอายุ | |||
รอยสักมักจะทำง่ายกว่าการลบออก แฟชั่นการสักได้ผ่านมาหลายประเทศแล้ว ขณะนี้ชาวอเมริกันมากถึง 20 ล้านคนมีเครื่องประดับหลากสีตามส่วนต่างๆ ของร่างกาย และการสำรวจพบว่าอย่างน้อยครึ่งหนึ่งต้องการกำจัดการกระทำเล็กๆ น้อยๆ นี้ในวัยเยาว์ ประเทศของเรายังไม่ประสบกับความนิยมในการสัก แต่ประสบการณ์ของผู้อื่นก็ไม่ควรมองข้าม มีหลายวิธีในการขจัดสีย้อมออกจากผิวหนัง โดยอาศัยกลไกการทำลายล้างต่างๆ วิธีการทั้งหมดเหล่านี้ใช้หลักการเดียว - การกำจัดบริเวณผิวหนังด้วยรอยสัก: การกรอผิวด้วยเครื่องตัดเพชร, การตัดตอนการผ่าตัด, การกำจัดภาพทางเคมีโดยการฉีดกรดพิเศษ, การผ่าตัดด้วยความเย็น อย่างไรก็ตามผลลัพธ์ด้านความงามหลังจากการถอดออกทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมาก: ความน่าจะเป็นของรอยแผลเป็นที่ไม่สามารถยอมรับได้ทางสุนทรียภาพซึ่งอาจกลายเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์มากกว่ารอยสักนั้นสูงเกินไป
|
|||
ในปัจจุบัน เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงความก้าวหน้าทางการแพทย์ที่ปราศจากเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งได้เปิดโอกาสใหม่ในการแก้ปัญหาทางการแพทย์มากมาย การศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นและระดับพลังงานที่แตกต่างกันบนเนื้อเยื่อชีวภาพทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์การแพทย์เลเซอร์แบบมัลติฟังก์ชั่นได้ ซึ่งขอบเขตของการประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติทางคลินิกนั้นกว้างมากจนเป็นเรื่องยากมากที่จะตอบ คำถาม: รักษาโรคใดบ้างที่ไม่ใช้เลเซอร์?
การพัฒนายารักษาโรคด้วยเลเซอร์มี 3 สาขาหลัก ได้แก่ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ การรักษาด้วยเลเซอร์ และการวินิจฉัยด้วยเลเซอร์
การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ใช้เลเซอร์ที่ค่อนข้างทรงพลังซึ่งมีกำลังรังสีเฉลี่ยหลายสิบวัตต์ ซึ่งสามารถให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อชีวภาพอย่างรุนแรง ซึ่งนำไปสู่การตัดหรือการระเหย ลักษณะเหล่านี้และคุณลักษณะอื่นๆ ของเลเซอร์ผ่าตัดจะเป็นตัวกำหนดการใช้งานประเภทต่างๆ ในการผ่าตัด โดยใช้งานบนสื่อแอคทีฟเลเซอร์ที่แตกต่างกัน
คุณสมบัติเฉพาะของลำแสงเลเซอร์ทำให้สามารถดำเนินการที่เป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ได้โดยใช้วิธีการใหม่ที่มีประสิทธิภาพและมีการบุกรุกน้อยที่สุด
ระบบเลเซอร์ศัลยกรรมให้:
- การกลายเป็นไอของการสัมผัสและไม่สัมผัสอย่างมีประสิทธิภาพและการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพ
- สนามผ่าตัดแห้ง
- ความเสียหายเล็กน้อยต่อเนื้อเยื่อรอบข้าง
- hemo- และ aerostasis ที่มีประสิทธิภาพ
- การหยุดท่อน้ำเหลือง
- ความแห้งแล้งและความไม่ยืดหยุ่นสูง
- ความเข้ากันได้กับเครื่องมือส่องกล้องและส่องกล้อง
ทำให้สามารถใช้เลเซอร์ผ่าตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อดำเนินการผ่าตัดที่หลากหลาย:
ในระบบทางเดินปัสสาวะ:
ในผู้หญิง
- การทำศัลยกรรมพลาสติกของริมฝีปากใหญ่และรอง, ฝีเย็บ
- การทำศัลยกรรมพลาสติกฝีเย็บสำหรับอาการแตกหลังคลอดและบาดแผล
- การทำศัลยกรรมพลาสติกเพื่อแก้ไขความผิดปกติของแผลเป็นปากมดลูก
- Refloration (การฟื้นฟูเยื่อพรหมจารี)
ในความเป็นชาย
- การแก้ไขด้วยเลเซอร์ของ frenulum ของอวัยวะเพศชาย
- การขลิบ (การรักษาด้วยเลเซอร์ของ filmosis)
- การกำจัดถุงน้ำดีของอวัยวะเพศชาย ท่อปัสสาวะ ฝีเย็บ และบริเวณรอบทวารหนัก
ในนรีเวชวิทยา:
- การรักษาด้วยเลเซอร์สำหรับโรคพื้นหลังและมะเร็งปากมดลูก (การกัดเซาะ, เม็ดเลือดขาว, โปลิป, ซีสต์ Nabothian, Condylomas, dysplasia)
- การรักษาด้วยเลเซอร์และการกำจัดถุงน้ำดีของอวัยวะเพศภายนอกด้วยเลเซอร์ (ขึ้นอยู่กับความชุกของกระบวนการ)
- การรักษาด้วยเลเซอร์และการกำจัดถุงน้ำดีของผิวหนังบริเวณฝีเย็บและบริเวณรอบทวารหนักด้วยเลเซอร์
- การรักษาโรค dystrophic ของช่องคลอด
ในด้านศัลยกรรมกระดูก:การรักษา hallux valgus, เล็บเท้าคุด, ฯลฯ.
เครื่องสำอางค์ก็ไม่ถูกละเลยเช่นกัน เลเซอร์ใช้สำหรับการกำจัดขน และสำหรับการรักษาข้อบกพร่องของหลอดเลือดและเม็ดสีผิว การกำจัดหูดและ papillomas และสำหรับการผลัดผิว และสำหรับการลบรอยสักและจุดด่างอายุ ฯลฯ
ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เลเซอร์เริ่มต้นขึ้นในปี 1916 เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของรังสีกับสสารซึ่งรวมถึงแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องขยายสัญญาณควอนตัมและเครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ในปี 1960 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Theodore Maiman จากผลงานของ N. Basov, A. Prokhorov และ C. Townes ได้ออกแบบเลเซอร์ทับทิมตัวแรกที่มีความยาวคลื่น 0.69 ไมครอน ในปีเดียวกันนั้น Dr. Leon Goldman ใช้เลเซอร์ทับทิมเพื่อทำลายรูขุมขน นี่คือจุดเริ่มต้นของประวัติศาสตร์ของการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในวงกว้างในด้านเวชศาสตร์ความงาม
ในปี 1983 แอนเดอร์สันและแพร์ริชเสนอวิธีการโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบคัดเลือกซึ่งขึ้นอยู่กับความสามารถของเนื้อเยื่อชีวภาพในการดูดซับรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นบางช่วงซึ่งนำไปสู่การทำลายล้างในท้องถิ่น เมื่อดูดซับโดยโครโมฟอร์หลักของผิวหนัง - น้ำฮีโมโกลบินหรือเมลานิน - พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของรังสีเลเซอร์จะถูกแปลงเป็นความร้อนซึ่งทำให้เกิดความร้อนและการแข็งตัวของโครโมฟอร์
วิทยาความงามด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในสาขาเวชศาสตร์ความงามที่เติบโตเร็วที่สุด เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา การฟื้นฟูที่มองเห็นได้มีความเกี่ยวข้องกับงานของศัลยแพทย์พลาสติก แต่ปัจจุบัน ร้านเสริมสวยที่มีชื่อเสียงทุกแห่งมีอุปกรณ์เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น ภาพถ่าย ระบบ IPL หรือเลเซอร์ พลังงานแห่งแสงได้เข้ามาช่วยเหลือแพทย์ด้านความงามแล้ว
ในปัจจุบัน มีอุปกรณ์เลเซอร์หลายประเภท และได้เข้าสู่วิทยาการด้านความงามด้วยการใช้เลเซอร์ผลัดผิว นี่คือสิ่งที่ทำหน้าที่เป็นบัตรโทรศัพท์สำหรับเลเซอร์ด้านความงาม ลำแสงอันทรงพลังที่อยู่ตรงหน้าดวงตาช่วยปรับความไม่สม่ำเสมอของผิวหนังบริเวณซิคาทริก กำจัดชั้นบนสุดของหนังกำพร้าออก และตามด้วยการสร้างเม็ดสีที่ไม่พึงประสงค์ จากนั้นไม่สำคัญว่าผิวหนังที่ได้รับบาดเจ็บสาหัสจะหายเป็นปกติใน 2 สัปดาห์ - สิ่งสำคัญ เป็นผลดีเลิศจนทั้งแพทย์และคนไข้พอใจ รอยแผลเป็นและรอยแผลเป็นเป็นปัญหาที่เกี่ยวข้องตลอดเวลา
เลเซอร์กำจัดขนปรากฏเมื่อไม่เกิน 30 ปีที่แล้ว สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของทฤษฎี "selective photothermolysis" มันพูดถึงความจริงที่ว่าเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่มีสี (ผม, หลอดเลือดบนพื้นผิวของผิวหนัง, จุดเม็ดสี) เลือกดูดซับแสงในขณะที่ให้ความร้อนและทำลาย ทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์ในปี 1986 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกา ซึ่งนำโดยแพทย์ผิวหนัง Rox Anderson ดังนั้นบนพื้นฐานของสิ่งนี้ในปี 1994 อุปกรณ์แรกสำหรับ การถ่ายภาพและอุปกรณ์เลเซอร์สำหรับการกำจัดขนด้วยเลเซอร์เข้าสู่ตลาดเฉพาะในปี พ.ศ. 2539
ทำอะไร" โฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเลือกสรรประเด็นทั้งหมดก็คือลำแสงเลเซอร์ที่กระทบเนื้อเยื่อที่มีชีวิตโดยเฉพาะผิวหนังส่งผลต่อส่วนประกอบของผิวหนังในรูปแบบต่างๆ ส่วนประกอบหลักของผิวหนังที่ดูดซับแสง ได้แก่ น้ำ เมลานิน และฮีโมโกลบิน สารเหล่านี้เรียกว่า โครโมฟอร์ของผิวหนัง Spectra การดูดซึมของสารเหล่านี้จะแตกต่างกัน
ด้วยสเปกตรัมรังสีที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม อุปกรณ์ด้านความงามที่มีแสงประดิษฐ์และแหล่งความร้อนทำให้สามารถเลือกมีอิทธิพลต่อโครงสร้างของเนื้อเยื่อเป้าหมายได้ เช่น ทำให้เกิดการแข็งตัวของเนื้อเยื่อ เมื่อดำเนินการตามขั้นตอนโดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพ เพื่อให้ได้ผล ผลลัพธ์จะอยู่ที่หลอดเลือดผิวเผิน (ฮีโมโกลบิน) บนเส้นผมและรูขุมขน (เมลานิน) ต่อคอลลาเจนและอีลาสตินในผิวหนังชั้นหนังแท้ เมื่อทำการบำบัดสิวจะมีการดำเนินการคัดเลือกผลต่อของเสียจากการอักเสบของแบคทีเรีย ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ผลลัพธ์ของผลกระทบคือการทำให้โครงสร้างที่สอดคล้องกันของเนื้อเยื่อเป้าหมายไปสู่อุณหภูมิวิกฤต ซึ่งตัวมันเองและ/หรือเนื้อเยื่อที่อยู่รอบ ๆ นั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวร กระบวนการให้ความร้อนแบบเลือกสรรของโครงสร้างเนื้อเยื่อเป้าหมายโดยใช้แหล่งกำเนิดรังสีในวงกว้างเรียกว่ากระบวนการโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเลือกสรร
ตามหลักการของการคัดเลือกโฟโตเทอร์โมไลซิสโดยใช้นาโนเทคโนโลยี กระบวนการใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการแยกโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบแยกส่วน (Fraxel) ได้รับการพัฒนาขึ้น ช่วยให้คุณสามารถปรับปรุงคุณภาพของผิว ขจัดเม็ดสีริ้วรอยที่ไม่พึงประสงค์ และช่วยยกกระชับเนื้อเยื่อของใบหน้า ลำคอ และเนินอกได้อย่างดีเยี่ยม เซสชั่นโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเศษส่วนให้ผลลัพธ์ที่ดีในการรักษาผลที่ตามมาของสิว (รอยแผลเป็นหลังสิว) ขั้นตอน Fraxel ต่างจากวิธีการแก้ไขอื่นๆ ตรงที่ให้ความสะดวกสบายและไม่เจ็บปวด อีกทั้งยังช่วยฟื้นฟูร่างกายได้อย่างรวดเร็วอีกด้วย
ดังนั้น แนวคิดซ้ำซากเกี่ยวกับเลเซอร์ในฐานะเครื่องมือขนาดใหญ่ เช่น ไฮเปอร์โบลอยด์ของวิศวกรการิน จึงจมลงสู่การลืมเลือน เวลาผ่านไปกว่า 50 ปีนับตั้งแต่มีการประดิษฐ์เลเซอร์ทับทิมเครื่องแรกซึ่งมีขนาดเท่ากับอพาร์ทเมนต์หนึ่งห้อง และตอนนี้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ขนาดกะทัดรัดที่ใช้งานได้ในทุกสาขาของการแพทย์และวิทยาความงาม
การแนะนำ
1 เลเซอร์และการประยุกต์ใช้ในการแพทย์
2 ทิศทางหลักและเป้าหมายของการใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพ
3 พื้นฐานทางกายภาพของการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการปฏิบัติทางการแพทย์
4 มาตรการป้องกันรังสีเลเซอร์
5 การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อทางชีววิทยา
6 กลไกทางพยาธิวิทยาของปฏิกิริยาระหว่างรังสีเลเซอร์กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ
7 กลไกของการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยเลเซอร์
ข้อมูลอ้างอิงที่ใช้
การแนะนำ
เครื่องมือหลักที่ศัลยแพทย์ใช้ในการผ่าเนื้อเยื่อคือ มีดผ่าตัด และกรรไกร ได้แก่ เครื่องมือตัด อย่างไรก็ตาม บาดแผลและบาดแผลที่ทำด้วยมีดผ่าตัดและกรรไกรจะมีเลือดออกร่วมด้วย ซึ่งจำเป็นต้องใช้มาตรการห้ามเลือดแบบพิเศษ นอกจากนี้ เมื่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อ เครื่องมือตัดสามารถแพร่กระจายจุลชีพและเซลล์เนื้องอกที่เป็นมะเร็งตามแนวรอยตัดได้ ในเรื่องนี้เป็นเวลานานที่ศัลยแพทย์ใฝ่ฝันที่จะมีเครื่องมือที่จะทำการตัดแบบไม่มีเลือดในขณะเดียวกันก็ทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคและเซลล์เนื้องอกในแผลผ่าตัดไปพร้อมๆ กัน การแทรกแซงใน "สนามผ่าตัดแบบแห้ง" เหมาะสำหรับศัลยแพทย์ทุกรูปแบบ
ความพยายามที่จะสร้างมีดผ่าตัดที่ "เหมาะ" นั้นมีขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเป็นช่วงที่เรียกว่ามีดไฟฟ้าได้รับการออกแบบ โดยทำงานโดยใช้กระแสความถี่สูง อุปกรณ์นี้ในเวอร์ชันขั้นสูงกว่านั้นปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยศัลยแพทย์ที่เชี่ยวชาญด้านต่างๆ อย่างไรก็ตามตามประสบการณ์ที่สั่งสมมา มีการระบุด้านลบของ "การผ่าตัดด้วยไฟฟ้า" ซึ่งสาเหตุหลักคือบริเวณที่มีเนื้อเยื่อความร้อนลุกไหม้ในบริเวณที่มีรอยบากมีขนาดใหญ่เกินไป เป็นที่รู้กันว่ายิ่งบริเวณแผลไหม้กว้างขึ้นเท่าไร แผลผ่าตัดก็จะยิ่งหายเร็วขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้เมื่อใช้มีดไฟฟ้าจำเป็นต้องรวมร่างกายของผู้ป่วยไว้ในวงจรไฟฟ้าด้วย อุปกรณ์ไฟฟ้าศัลยกรรมส่งผลเสียต่อการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ในการตรวจสอบการทำงานที่สำคัญของร่างกายในระหว่างการผ่าตัด เครื่องผ่าตัดด้วยความเย็นยังทำให้เนื้อเยื่อเสียหายอย่างมาก ส่งผลให้กระบวนการบำบัดลดลง ความเร็วของการผ่าเนื้อเยื่อด้วยความเย็นจัดนั้นต่ำมาก ที่จริงแล้วสิ่งนี้ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการผ่า แต่เป็นการทำลายเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นพื้นที่เผาไหม้ที่สำคัญเมื่อใช้มีดผ่าตัดพลาสมา หากเราคำนึงว่าลำแสงเลเซอร์มีคุณสมบัติห้ามเลือดอย่างเด่นชัดรวมถึงความสามารถในการปิดผนึกหลอดลม ท่อน้ำดี และท่อตับอ่อน การใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการผ่าตัดจะมีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง ข้อดีบางประการของการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดโดยย่อมีความสัมพันธ์กับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (เลเซอร์ CO 2) เป็นหลัก นอกจากนี้ เลเซอร์ที่ทำงานบนหลักการอื่นๆ และกับสารทำงานอื่นๆ ยังถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อีกด้วย เลเซอร์เหล่านี้มีคุณสมบัติโดยพื้นฐานที่แตกต่างกันเมื่อส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อชีวภาพ และใช้สำหรับข้อบ่งชี้ที่ค่อนข้างแคบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผ่าตัดหัวใจและหลอดเลือด เนื้องอกวิทยา สำหรับการรักษาโรคที่เกิดจากการผ่าตัดของผิวหนังและเยื่อเมือกที่มองเห็นได้ ฯลฯ
1 เลเซอร์และการประยุกต์ใช้ในการแพทย์
แม้ว่าธรรมชาติของแสงและคลื่นวิทยุจะเหมือนกัน แต่เป็นเวลาหลายปีแล้วที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านออพติกและวิทยุได้รับการพัฒนาอย่างแยกจากกันโดยแยกจากกัน ดูเหมือนว่าแหล่งกำเนิดแสง เช่น อนุภาคที่ถูกกระตุ้นและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุ จะมีอะไรที่เหมือนกันเพียงเล็กน้อย เฉพาะในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่ผลงานปรากฏเกี่ยวกับการสร้างเครื่องขยายสัญญาณโมเลกุลและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของสาขาฟิสิกส์อิสระใหม่ - อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม
ควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ศึกษาวิธีการขยายและสร้างการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้การปล่อยก๊าซกระตุ้นของระบบควอนตัม ความก้าวหน้าในด้านความรู้นี้มีการใช้มากขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มาทำความรู้จักกับปรากฏการณ์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมและการทำงานของเครื่องกำเนิดควอนตัมแบบออปติคอล - เลเซอร์
เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ทำงานบนพื้นฐานของกระบวนการบังคับ (กระตุ้น, เหนี่ยวนำ) การปล่อยโฟตอนโดยอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นภายใต้อิทธิพลของโฟตอนที่แผ่รังสีซึ่งมีความถี่เท่ากัน ลักษณะเด่นของกระบวนการนี้คือ โฟตอนที่เกิดขึ้นระหว่างการปล่อยก๊าซกระตุ้นจะมีความถี่ เฟส ทิศทาง และโพลาไรเซชันเหมือนกันกับโฟตอนภายนอกที่ทำให้เกิดสิ่งนี้ สิ่งนี้จะกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของเครื่องกำเนิดควอนตัม: ความสอดคล้องกันสูงของการแผ่รังสีในอวกาศและเวลา, ความเป็นเอกรงค์เดียวสูง, ทิศทางที่แคบของลำแสงรังสี, การไหลของพลังงานที่มีความเข้มข้นสูง และความสามารถในการโฟกัสไปที่ปริมาตรที่น้อยมาก เลเซอร์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสื่อแอคทีฟต่างๆ: ก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง พวกมันสามารถผลิตรังสีในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก ตั้งแต่ 100 นาโนเมตร (แสงอัลตราไวโอเลต) ถึง 1.2 ไมครอน (รังสีอินฟราเรด) และสามารถทำงานได้ทั้งในโหมดต่อเนื่องและโหมดพัลส์
เลเซอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญพื้นฐานสามประการ: ตัวส่งสัญญาณ ระบบปั๊ม และแหล่งพลังงาน ซึ่งรับประกันการทำงานด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์เสริมพิเศษ
ตัวปล่อยได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานปั๊ม (ถ่ายโอนส่วนผสมฮีเลียม-นีออน 3 ไปเป็นสถานะแอคทีฟ) ไปเป็นรังสีเลเซอร์และมีตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยทั่วไปคือระบบขององค์ประกอบสะท้อนแสง การหักเหของแสง และการโฟกัสที่ผลิตขึ้นอย่างระมัดระวังในพื้นที่ภายในของ ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางประเภทที่กระตุ้นและรักษาความผันผวนของช่วงแสง ตัวสะท้อนแสงต้องมีการสูญเสียน้อยที่สุดในส่วนการทำงานของสเปกตรัม มีความแม่นยำสูงในการผลิตส่วนประกอบและการติดตั้งร่วมกัน
การสร้างเลเซอร์กลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้อันเป็นผลมาจากการนำแนวคิดทางกายภาพพื้นฐานสามประการไปใช้: การปล่อยก๊าซกระตุ้น การสร้างระดับพลังงานปรมาณูในระดับพลังงานปรมาณูผกผันทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่มีสมดุล และการใช้การตอบรับเชิงบวก
โมเลกุลที่ถูกกระตุ้น (อะตอม) มีความสามารถในการเปล่งโฟตอนเรืองแสงได้ การแผ่รังสีดังกล่าวเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง มันเป็นแบบสุ่มและวุ่นวายในเรื่องเวลา ความถี่ (อาจมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับต่างๆ) ทิศทางของการแพร่กระจาย และโพลาไรซ์ การแผ่รังสีอีกแบบหนึ่ง - แบบบังคับหรือแบบเหนี่ยวนำ - เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับโมเลกุลที่ตื่นเต้น ถ้าพลังงานโฟตอนเท่ากับส่วนต่างของระดับพลังงานที่สอดคล้องกัน การปล่อยก๊าซแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) จำนวนการเปลี่ยนภาพต่อวินาทีขึ้นอยู่กับจำนวนโฟตอนที่เข้าสู่สารในช่วงเวลาเดียวกัน กล่าวคือ ความเข้มของแสง เช่นเดียวกับจำนวนโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งจำนวนประชากรในสถานะพลังงานตื่นเต้นที่สอดคล้องกันมากเท่าใด จำนวนการเปลี่ยนผ่านที่ถูกบังคับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
รังสีเหนี่ยวนําจะเหมือนกับรังสีตกกระทบทุกประการ รวมถึงในเฟสด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถพูดถึงการขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ซึ่งใช้เป็นแนวคิดพื้นฐานแรกในหลักการของการสร้างเลเซอร์
แนวคิดที่สองซึ่งนำมาใช้ในการสร้างเลเซอร์คือการสร้างระบบที่ไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งขัดกับกฎของ Boltzmann ตรงที่มีอนุภาคในระดับที่สูงกว่าระดับที่ต่ำกว่ามากกว่า สถานะของตัวกลางซึ่งสำหรับระดับพลังงานอย่างน้อยสองระดับปรากฎว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่ามากกว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานต่ำกว่าเรียกว่าสถานะที่มีระดับประชากรกลับหัวและตัวกลางถูกเรียกว่า คล่องแคล่ว. มันเป็นตัวกลางแอคทีฟที่โฟตอนทำปฏิกิริยากับอะตอมที่ตื่นเต้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านไปยังระดับที่ต่ำกว่าพร้อมกับการปล่อยควอนต้าของการแผ่รังสีเหนี่ยวนำ (กระตุ้น) ซึ่งเป็นสารในการทำงานของเลเซอร์ สถานะที่มีประชากรผกผันของระดับจะได้รับอย่างเป็นทางการจากการแจกแจงของ Boltzmann สำหรับ T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.
สถานะการผกผันของประชากรสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเลือกอนุภาคที่มีพลังงานต่ำกว่าหรือโดยการกระตุ้นอนุภาคเป็นพิเศษ เช่น ด้วยแสงหรือการปล่อยประจุไฟฟ้า โดยตัวมันเองแล้วจะไม่มีสภาวะอุณหภูมิติดลบเป็นเวลานาน
แนวคิดที่สามที่ใช้ในหลักการของการสร้างเลเซอร์มีต้นกำเนิดมาจากรังสีฟิสิกส์และเป็นการใช้การตอบรับเชิงบวก ในระหว่างการดำเนินการ ส่วนหนึ่งของการปล่อยก๊าซกระตุ้นที่สร้างขึ้นจะยังคงอยู่ในสารทำงาน และทำให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นโดยอะตอมที่ตื่นเต้นมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อดำเนินการตามกระบวนการนี้ ตัวกลางแอคทีฟจะถูกวางลงในตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยกระจกสองตัว ซึ่งได้รับการคัดเลือกเพื่อให้การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นในตัวมันผ่านตัวกลางแอคทีฟซ้ำ ๆ แล้วเปลี่ยนให้กลายเป็นเครื่องกำเนิดรังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกัน
เครื่องกำเนิดไมโครเวฟเครื่องแรก (maser) ได้รับการออกแบบในปี 1955 โดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต N. G. Basoi และ A. M. Prokhorov และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน - C. Townes และคนอื่น ๆ เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์นี้มีพื้นฐานมาจากการกระตุ้นการปล่อยโมเลกุลแอมโมเนีย เครื่องกำเนิดเรียกว่าโมเลกุล
ในปี 1960 เครื่องกำเนิดควอนตัมเครื่องแรกในช่วงรังสีที่มองเห็นได้ถูกสร้างขึ้น - เลเซอร์ที่มีคริสตัลทับทิมเป็นสารทำงาน (ตัวกลางที่ใช้งานอยู่) ในปีเดียวกันนั้น ได้มีการสร้างเลเซอร์ก๊าซฮีเลียม-นีออนขึ้น เลเซอร์ที่สร้างขึ้นในปัจจุบันมีความหลากหลายอย่างมากสามารถจำแนกตามประเภทของสารทำงาน: เลเซอร์ก๊าซ, ของเหลว, เซมิคอนดักเตอร์และโซลิดสเตตมีความโดดเด่น พลังงานในการสร้างการผกผันของประชากรนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของเลเซอร์: การกระตุ้นด้วยแสงที่เข้มข้นมาก - "การปั๊มด้วยแสง", การปล่อยก๊าซไฟฟ้าและในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ - กระแสไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการเรืองแสง เลเซอร์จะแบ่งออกเป็นแบบพัลส์และแบบต่อเนื่อง
พิจารณาหลักการทำงานของเลเซอร์ทับทิมโซลิดสเตต ทับทิมเป็นผลึกของอลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 0 3 ที่มีโครเมียมไอออน Cr 3+ ประมาณ 0.05% เป็นสารเจือปน การกระตุ้นของโครเมียมไอออนทำได้โดยการสูบแสงโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงพัลซิ่งกำลังสูง การออกแบบอย่างหนึ่งใช้ตัวสะท้อนแสงแบบท่อที่มีหน้าตัดเป็นวงรี ไฟแฟลชซีนอนตรงและแท่งทับทิมวางอยู่ภายในตัวสะท้อนแสงซึ่งอยู่ตามแนวเส้นที่ผ่านจุดโฟกัสของวงรี (รูปที่ 1) พื้นผิวด้านในของตัวสะท้อนแสงอะลูมิเนียมได้รับการขัดเงาอย่างดีหรือชุบเงิน คุณสมบัติหลักของตัวสะท้อนแสงทรงรีคือแสงที่ออกมาจากโฟกัสเดียว (หลอดไฟซีนอน) และสะท้อนจากผนังจะเข้าสู่อีกโฟกัสหนึ่งของตัวสะท้อนแสง (ก้านทับทิม)
เลเซอร์ทับทิมทำงานตามรูปแบบสามระดับ (รูปที่ 2 ก) จากการสูบฉีดด้วยแสง ไอออนของโครเมียมจะเคลื่อนจากระดับพื้นดิน 1 ไปเป็นสภาวะตื่นเต้นที่มีอายุสั้น 3 จากนั้นการเปลี่ยนแปลงแบบไม่แผ่รังสีจะเกิดขึ้นเป็นสถานะที่มีอายุยาวนาน (แพร่กระจายได้) 2 ซึ่งความน่าจะเป็นของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง การเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเล็ก ดังนั้น การสะสมของไอออนที่ถูกตื่นเต้นในสถานะ 2 จึงเกิดขึ้น และจำนวนประชากรผกผันจะถูกสร้างขึ้นระหว่างระดับ 1 และ 2 ภายใต้สภาวะปกติ การเปลี่ยนจากระดับที่ 2 ไปเป็นระดับที่ 1 จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมาพร้อมกับการเรืองแสงที่มีความยาวคลื่น 694.3 นาโนเมตร ช่องเลเซอร์มีกระจกสองบาน (ดูรูปที่ 1) หนึ่งในนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสง R ของความเข้มของแสงที่สะท้อนและตกกระทบบนกระจก) กระจกอีกอันโปร่งแสงและส่งส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีที่ตกกระทบ ( ร< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.
นอกเหนือจากการทำงานของเลเซอร์ทับทิมตามรูปแบบสามระดับแล้ว รูปแบบเลเซอร์สี่ระดับที่ใช้ไอออนของธาตุหายาก (นีโอไดเมียม ซาแมเรียม ฯลฯ ) ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ผลึกหรือแก้วก็แพร่หลายมากขึ้น (รูปที่ 24 , ข) ในกรณีเช่นนี้ การผกผันของประชากรจะถูกสร้างขึ้นระหว่างสองระดับที่ตื่นเต้น: ระดับอายุยืน 2 และระดับอายุสั้น 2"
เลเซอร์แก๊สที่ใช้กันทั่วไปคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออนซึ่งตื่นเต้นกับการปล่อยประจุไฟฟ้า สารออกฤทธิ์ที่อยู่ในนั้นคือส่วนผสมของฮีเลียมและนีออนในอัตราส่วน 10:1 และความดันประมาณ 150 Pa อะตอมของนีออนกำลังเปล่งแสง อะตอมของฮีเลียมมีบทบาทสนับสนุน ในรูป 24, c แสดงระดับพลังงานของอะตอมฮีเลียมและนีออน การสร้างเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับ 3 และ 2 ของนีออน ในการสร้างประชากรผกผันระหว่างพวกเขา จำเป็นต้องเติมระดับ 3 และระดับว่าง 2 ประชากรระดับ 3 เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอะตอมฮีเลียม ในระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้า การชนของอิเล็กตรอนจะกระตุ้นให้อะตอมฮีเลียมมีสถานะคงอยู่ยาวนาน (โดยมีอายุการใช้งานประมาณ 10 3 วินาที) พลังงานของสถานะนี้ใกล้เคียงกับพลังงานของนีออนระดับ 3 มาก ดังนั้น เมื่ออะตอมฮีเลียมที่ตื่นเต้นชนกับอะตอมของนีออนที่ไม่ได้รับความตื่นเต้น พลังงานก็จะถูกถ่ายโอน ซึ่งส่งผลให้นีออนระดับ 3 ถูกเติมเข้าไป สำหรับนีออนบริสุทธิ์ อายุขัยในระดับนี้จะสั้นและอะตอมจะเคลื่อนไปที่ระดับ 1 หรือ 2 และการกระจายตัวของ Boltzmann จะเกิดขึ้น การพร่องของนีออนระดับ 2 เกิดขึ้นสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของอะตอมไปสู่สถานะพื้นเมื่อชนกับผนังของท่อระบาย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประชากรนีออนระดับ 2 และ 3 จะอยู่นิ่ง
องค์ประกอบโครงสร้างหลักของเลเซอร์ฮีเลียมนีออน (รูปที่ 3) คือท่อปล่อยก๊าซที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 7 มม. อิเล็กโทรดถูกติดตั้งไว้ในท่อเพื่อสร้างก๊าซที่ปล่อยออกมาและกระตุ้นฮีเลียม ที่ปลายท่อที่มุมบริวสเตอร์จะมีหน้าต่างอยู่ เนื่องจากการแผ่รังสีเป็นแบบโพลาไรซ์แบบระนาบ กระจกเรโซเนเตอร์ระนาบขนานติดตั้งอยู่ด้านนอกท่อ หนึ่งในนั้นคือโปร่งแสง (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.
กระจกสะท้อนเสียงถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลือบหลายชั้น และเนื่องจากการรบกวน ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ต้องการถูกสร้างขึ้นสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด เลเซอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออน ซึ่งปล่อยแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร กำลังของเลเซอร์ดังกล่าวต่ำ ไม่เกิน 100 mW
การใช้เลเซอร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของรังสี: มีสีเดียวสูง (~ 0.01 นาโนเมตร), กำลังสูงเพียงพอ, ความแคบของลำแสงและความเชื่อมโยงกัน
ความแคบของลำแสงและการเบี่ยงเบนต่ำทำให้สามารถใช้เลเซอร์ในการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ได้ (ความแม่นยำที่ได้คือประมาณสิบเซนติเมตร) ความเร็วในการหมุนของดาวศุกร์และดาวพุธ ฯลฯ
การใช้งานโฮโลแกรมนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงกันของการแผ่รังสีเลเซอร์ Gastroscopes ได้รับการพัฒนาโดยใช้เลเซอร์ฮีเลียมนีออนโดยใช้ใยแก้วนำแสง ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพโฮโลแกรมสามมิติของโพรงภายในของกระเพาะอาหารได้
ลักษณะเอกรงค์ของการแผ่รังสีเลเซอร์สะดวกมากสำหรับสเปกตรัมรามานที่น่าตื่นเต้นของอะตอมและโมเลกุล
เลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัด ทันตกรรม จักษุวิทยา ผิวหนัง และมะเร็งวิทยา ผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์ขึ้นอยู่กับทั้งคุณสมบัติของวัสดุชีวภาพและคุณสมบัติของการแผ่รังสีเลเซอร์
เลเซอร์ทั้งหมดที่ใช้ในการแพทย์แบ่งตามอัตภาพออกเป็น 2 ประเภท คือ ความเข้มต่ำ (ความเข้มไม่เกิน 10 W/cm 2 ส่วนใหญ่มักจะประมาณ 0.1 W/cm 2) - การบำบัดรักษา และ ความเข้มสูง - การผ่าตัด ความเข้มของเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดสามารถเข้าถึง 10 14 W/cm 2; ในทางการแพทย์ โดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์ที่มีความเข้ม 10 2 - 10 6 W/cm 2
เลเซอร์ความเข้มต่ำเป็นเลเซอร์ที่ไม่ก่อให้เกิดผลทำลายล้างที่เห็นได้ชัดเจนต่อเนื้อเยื่อโดยตรงในระหว่างการฉายรังสี ในบริเวณที่มองเห็นและอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ผลกระทบของมันเกิดจากปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล และไม่แตกต่างจากผลกระทบที่เกิดจากแสงเอกรงค์เดียวที่ได้รับจากแหล่งทั่วไปที่ไม่ต่อเนื่องกัน ในกรณีเหล่านี้ เลเซอร์เป็นเพียงแหล่งกำเนิดแสงแบบเอกรงค์เดียวที่สะดวกซึ่งให้ตำแหน่งและปริมาณการรับแสงที่แม่นยำ ตัวอย่าง ได้แก่ การใช้แสงจากเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนในการรักษาแผลในกระเพาะอาหาร โรคหลอดเลือดหัวใจ ฯลฯ ตลอดจนคริปทอนและเลเซอร์อื่นๆ สำหรับความเสียหายทางเคมีแสงต่อเนื้องอกในการบำบัดด้วยแสงแบบไดนามิก
ปรากฏการณ์ใหม่เชิงคุณภาพเกิดขึ้นเมื่อใช้รังสีที่มองเห็นหรือรังสีอัลตราไวโอเลตจากเลเซอร์ความเข้มสูง ในการทดลองโฟตอนเคมีในห้องปฏิบัติการด้วยแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป เช่นเดียวกับในธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของแสงแดด การดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวมักเกิดขึ้น สิ่งนี้ระบุไว้ในกฎข้อที่สองของโฟโตเคมีซึ่งกำหนดโดยสตาร์กและไอน์สไตน์: แต่ละโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของแสงจะดูดซับรังสีหนึ่งควอนตัมซึ่งเป็นสาเหตุของปฏิกิริยา ธรรมชาติของการดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวตามที่อธิบายไว้ในกฎข้อที่สองนั้นเป็นจริง เนื่องจากที่ความเข้มของแสงปกติ เป็นไปไม่ได้เลยที่โฟตอนสองตัวจะเข้าสู่โมเลกุลในสถานะพื้นพร้อมกัน หากเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น สำนวนจะอยู่ในรูปแบบ:
2hv = อี เสื้อ - อี เค ,
ซึ่งจะหมายถึงผลรวมของพลังงานของโฟตอนสองตัวสำหรับการเปลี่ยนโมเลกุลจากสถานะพลังงาน E k ไปเป็นสถานะที่มีพลังงาน E g นอกจากนี้ยังไม่มีการดูดกลืนโฟตอนโดยโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากอายุการใช้งานสั้น และ ความเข้มของการฉายรังสีที่มักใช้อยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นความเข้มข้นของโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์จึงต่ำ และการดูดซับโฟตอนอื่นของพวกมันจึงไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง
อย่างไรก็ตาม หากความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น การดูดกลืนแสงแบบสองโฟตอนก็จะเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น การฉายรังสีของสารละลาย DNA ด้วยรังสีเลเซอร์พัลซ์ความเข้มสูงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 266 นาโนเมตร ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล DNA คล้ายกับที่เกิดจากรังสี y การได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มต่ำไม่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน เป็นที่ยอมรับว่าการฉายรังสีสารละลายในน้ำของกรดนิวคลีอิกหรือเบสด้วยพิโควินาที (ระยะเวลาพัลส์ 30 พิโคเซคอน) หรือพัลส์นาโนวินาที (10 ns) ที่มีความเข้มมากกว่า 10 6 วัตต์/ซม. 2 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล ด้วยพัลส์ picosecond (รูปที่ 4, a) ประชากรของระดับอิเล็กทรอนิกส์สูงเกิดขึ้นตามรูปแบบ (S 0 -> S1 -> S n) และด้วยพัลส์ hv hv นาโนวินาที (รูปที่ 4, b) - ตาม โครงการ (S 0 -> S1 - T g -> T p) ในทั้งสองกรณี โมเลกุลได้รับพลังงานมากกว่าพลังงานไอออไนเซชัน
แถบดูดกลืนของ DNA ตั้งอยู่ในเขตอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมที่< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).
การดูดซับรังสีใดๆ จะนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งในรูปของความร้อน ซึ่งกระจายออกจากโมเลกุลที่ตื่นเต้นออกสู่อวกาศโดยรอบ รังสีอินฟราเรดถูกดูดซับโดยน้ำเป็นหลักและทำให้เกิดผลกระทบด้านความร้อนเป็นหลัก ดังนั้นการแผ่รังสีของเลเซอร์อินฟราเรดความเข้มสูงทำให้เกิดผลกระทบทางความร้อนต่อเนื้อเยื่อทันทีที่เห็นได้ชัดเจน ผลกระทบทางความร้อนของการแผ่รังสีเลเซอร์ในทางการแพทย์ส่วนใหญ่เข้าใจว่าเป็นการระเหย (การตัด) และการแข็งตัวของเนื้อเยื่อชีวภาพ สิ่งนี้ใช้ได้กับเลเซอร์หลายชนิดที่มีความเข้มตั้งแต่ 1 ถึง 10 7 วัตต์/ซม. 2 และมีระยะเวลาการฉายรังสีตั้งแต่มิลลิวินาทีถึงหลายวินาที ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ก๊าซ CO 2 (ที่มีความยาวคลื่น 10.6 μm) เลเซอร์ Nd:YAG (1.064 μm) และอื่นๆ เลเซอร์ Nd:YAG เป็นเลเซอร์โซลิดสเตตสี่ระดับที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด การสร้างเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนของไอออนนีโอไดเมียม (Nd 3+) ที่ใส่เข้าไปในผลึก Y 3 Al 5 0 12 อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG)
นอกจากการให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อแล้ว ความร้อนส่วนหนึ่งจะถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการนำความร้อนและการไหลเวียนของเลือด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 °C จะไม่เกิดความเสียหายที่ไม่อาจรักษาให้หายขาดได้ ที่อุณหภูมิ 60 °C การสูญเสียโปรตีน การแข็งตัวของเนื้อเยื่อ และเนื้อร้ายจะเริ่มต้นขึ้น ที่อุณหภูมิ 100-150 °C จะเกิดภาวะขาดน้ำและการไหม้เกรียม และที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 °C เนื้อเยื่อจะระเหยไป
เมื่อรังสีมาจากเลเซอร์ที่เน้นความเข้มสูง ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่ ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิในเนื้อเยื่อ เมื่อลำแสงกระทบ เนื้อเยื่อจะระเหย และเกิดการไหม้เกรียมและแข็งตัวในบริเวณที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 6) การระเหยด้วยแสงเป็นวิธีการกำจัดหรือตัดเนื้อเยื่อทีละชั้น ผลจากการแข็งตัวของเลือดทำให้หลอดเลือดถูกปิดและเลือดหยุดไหล ดังนั้น ลำแสงโฟกัสของเลเซอร์ CO 2 ต่อเนื่อง () ที่มีกำลังประมาณ 2 10 3 W/cm 2 จึงถูกใช้เป็นมีดผ่าตัดเพื่อตัดเนื้อเยื่อชีวภาพ
หากคุณลดระยะเวลาการเปิดรับแสง (10 - 10 วินาที) และเพิ่มความเข้ม (มากกว่า 10 6 W/cm 2) ขนาดของบริเวณที่ไหม้เกรียมและแข็งตัวจะกลายเป็นเรื่องเล็กน้อย กระบวนการนี้เรียกว่า photoablation (photoremoval) และใช้เพื่อขจัดเนื้อเยื่อทีละชั้น การระเหยด้วยแสงเกิดขึ้นที่ความหนาแน่นของพลังงาน 0.01-100 J/cm2
เมื่อความเข้มเพิ่มขึ้นอีก (10 วัตต์/ซม. ขึ้นไป) กระบวนการอื่นก็เป็นไปได้ - "การสลายด้วยแสง" ปรากฏการณ์นี้ก็คือเนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่สูงมาก (เทียบได้กับความแรงของสนามไฟฟ้าภายในอะตอม) สสารจึงแตกตัวเป็นไอออน พลาสมาถูกสร้างขึ้น และสร้างคลื่นกระแทกเชิงกล การสลายทางแสงไม่จำเป็นต้องมีการดูดกลืนควอนตัมแสงโดยสสารตามความหมายปกติ แต่จะสังเกตได้ในตัวกลางโปร่งใส เช่น ในอากาศ
2 ทิศทางหลักและเป้าหมายของการใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพ
การประยุกต์ใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพสมัยใหม่สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก ประการแรกคือการใช้รังสีเลเซอร์เป็นเครื่องมือในการวิจัย ในกรณีนี้ เลเซอร์มีบทบาทเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับการศึกษาสเปกตรัม กล้องจุลทรรศน์แบบเลเซอร์ โฮโลแกรม ฯลฯ กลุ่มที่สองคือวิธีหลักในการใช้เลเซอร์เป็นเครื่องมือในการมีอิทธิพลต่อวัตถุทางชีววิทยา อิทธิพลดังกล่าวสามารถแยกแยะได้สามประเภท
ประเภทแรกคือผลกระทบต่อเนื้อเยื่อของการโฟกัสทางพยาธิวิทยาด้วยการแผ่รังสีเลเซอร์แบบพัลส์หรือต่อเนื่องที่ความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 10 5 W/m 2 ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับภาวะขาดน้ำลึก การระเหยของเนื้อเยื่อ และการเกิดข้อบกพร่อง ในพวกเขา การสัมผัสประเภทนี้สอดคล้องกับการใช้เลเซอร์ในด้านผิวหนังและมะเร็งวิทยาโดยเฉพาะเพื่อฉายรังสีการก่อตัวของเนื้อเยื่อทางพยาธิวิทยาซึ่งนำไปสู่การแข็งตัวของเลือด ประเภทที่สองคือการผ่าเนื้อเยื่อเมื่อภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีเลเซอร์ของการกระทำต่อเนื่องหรือตามความถี่ (พัลส์ที่มีความถี่สูง) ส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อจะระเหยและมีข้อบกพร่องปรากฏขึ้น ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของพลังงานรังสีสามารถเกินกว่าความหนาแน่นที่ใช้ในการแข็งตัวเป็นสองเท่า (10 7 W/m 2) หรือมากกว่า ผลกระทบประเภทนี้สอดคล้องกับการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัด ประเภทที่สามคือผลกระทบต่อเนื้อเยื่อและอวัยวะของรังสีพลังงานต่ำ (หน่วยหรือสิบวัตต์ต่อตารางเมตร) ซึ่งโดยปกติจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาอย่างเห็นได้ชัด แต่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีและสรีรวิทยาบางอย่างในร่างกาย ได้แก่ ผลกระทบของ ประเภทกายภาพบำบัด ประเภทนี้ควรรวมถึงการใช้เลเซอร์ฮีเลียม-นีออนเพื่อวัตถุประสงค์ในการกระตุ้นทางชีวภาพในกระบวนการของแผลที่ซบเซา แผลในกระเพาะอาหาร ฯลฯ
งานในการศึกษากลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับการศึกษากระบวนการเหล่านั้นที่รองรับผลกระทบที่สำคัญที่เกิดจากการฉายรังสี: การแข็งตัวของเนื้อเยื่อ, การผ่า, การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพในร่างกาย
3 พื้นฐานทางกายภาพของการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการปฏิบัติทางการแพทย์
หลักการทำงานของเลเซอร์ขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกลควอนตัมที่เกิดขึ้นในปริมาตรของตัวกลางในการทำงานของตัวปล่อย ซึ่งอธิบายโดยควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นอะตอมและโมเลกุล ของสื่อการทำงาน
ตามหลักการของควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ ระบบอะตอมใดๆ ในระหว่างการเคลื่อนที่ภายในจะอยู่ในสถานะที่มีค่าพลังงานที่แน่นอน เรียกว่าควอนตัม กล่าวคือ ได้กำหนดค่าพลังงาน (แยกส่วน) ไว้อย่างเคร่งครัด ชุดของค่าพลังงานเหล่านี้ก่อให้เกิดสเปกตรัมพลังงานของระบบอะตอม
ในกรณีที่ไม่มีการกระตุ้นจากภายนอก ระบบอะตอมมีแนวโน้มที่จะมีสถานะที่พลังงานภายในมีน้อยที่สุด ภายใต้การกระตุ้นภายนอก การเปลี่ยนอะตอมไปสู่สถานะที่มีพลังงานสูงกว่าจะมาพร้อมกับการดูดซับพลังงานส่วนหนึ่งที่เท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะ Et สุดท้ายและสถานะ E″ เริ่มต้น กระบวนการนี้เขียนดังนี้:
Em - E n =nV mn, (1)
โดยที่ V mn คือความถี่ของการเปลี่ยนจากสถานะ n เป็นสถานะ m; h คือค่าคงที่ของพลังค์
ตามกฎแล้ว ระยะเวลาเฉลี่ยของการคงอยู่ (อายุการใช้งาน) ของอะตอมในสภาวะตื่นเต้นนั้นมีค่าน้อย และอะตอมที่ถูกกระตุ้นโดยธรรมชาติ (โดยธรรมชาติ) จะเข้าสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า โดยปล่อยควอนตัมแสง (โฟตอน) ด้วยพลังงานที่กำหนดโดยสูตร ( 1). ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นเอง อะตอมจะปล่อยควอนตัมแสงออกมาอย่างวุ่นวาย โดยไม่เชื่อมต่อถึงกัน กระจายอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง กระบวนการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นเองนั้นสังเกตได้ในระหว่างการเรืองแสงของวัตถุที่ให้ความร้อนเช่นหลอดไส้ ฯลฯ การแผ่รังสีดังกล่าวไม่มีสีเดียว
เมื่ออะตอมที่ถูกกระตุ้นมีปฏิสัมพันธ์กับรังสีภายนอก ความถี่ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของการเปลี่ยนอะตอมจากสถานะที่มีพลังงานสูงกว่าไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า มีความน่าจะเป็น (ยิ่งความเข้มของรังสีภายนอกมากขึ้น) ที่สิ่งนี้ รังสีจากภายนอกจะถ่ายเทอะตอมไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า ในกรณีนี้ อะตอมจะปล่อยควอนตัมของแสงโดยมีความถี่ v mn, เฟส, ทิศทางของการแพร่กระจายและโพลาไรซ์เท่ากับควอนตัมของแสงของการแผ่รังสีภายนอกที่บังคับให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้
การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเรียกว่าการบังคับ (การชักนำ) การมีอยู่ของการปล่อยก๊าซกระตุ้นทำให้สามารถสร้างรังสีที่สอดคล้องกันในเครื่องกำเนิดเลเซอร์ควอนตัมเชิงแสงได้
ทีนี้ลองพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแสงแพร่กระจายผ่านระบบซึ่งมีอะตอมที่มีพลังงาน E m และ E n (เพื่อความแน่นอน ลองใช้ E m >En กัน) จำนวนอะตอมที่มีพลังงาน E ha จะแสดงด้วย N m และจำนวนอะตอมที่มีพลังงาน E n -N″ ตัวเลข N m และ N″ มักเรียกว่าประชากรในระดับที่มีพลังงาน E w และ E p ตามลำดับ
ภายใต้สภาวะธรรมชาติ อนุภาคที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะมีอนุภาคน้อยกว่าในทุกอุณหภูมิ ดังนั้นสำหรับวัตถุที่ได้รับความร้อน a จึงเป็นปริมาณลบ และตามสูตร (2) การแพร่กระจายของแสงในสสารจะมาพร้อมกับการอ่อนตัวลง ในการขยายแสงจำเป็นต้องมี N m >N n สถานะของสสารนี้เรียกว่าสถานะที่มีการผกผันของประชากร ในกรณีนี้การแพร่กระจายของแสงผ่านสสารจะมาพร้อมกับการขยายเนื่องจากพลังงานของอะตอมที่ตื่นเต้น
ดังนั้นสำหรับกระบวนการขยายรังสีจึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าประชากรของระดับการเปลี่ยนแปลงบนจะเกินกว่าระดับล่าง
ในการสร้างการผกผันของประชากร มีการใช้วิธีการต่างๆ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งกระตุ้นภายนอก
ระบบอะตอมที่มีการผกผันของประชากรมักเรียกว่าตัวกลางแอคทีฟ เพื่อให้ได้กำเนิดรังสี จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาป้อนกลับ ตัวกลางแอคทีฟจะถูกวางไว้ในตัวสะท้อนแสง ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยกระจกแบนสองบานที่ขนานกันซึ่งกั้นระหว่างตัวกลางแอคทีฟบนด้านตรงข้ามสองด้าน ในกรณีนี้ กระจกเรโซเนเตอร์ตัวหนึ่งจะส่งรังสีเลเซอร์บางส่วน และรังสีจะถูกส่งออกมาจากตัวสะท้อนคลื่นผ่านกระจกนั้น และกระจกอีกตัวจะสะท้อนการแผ่รังสีที่ตกกระทบบนกระจกนั้นอย่างสมบูรณ์
กระบวนการพัฒนาเจนเนอเรชั่นในเครื่องสะท้อนเสียงแสดงในรูปแบบต่อไปนี้ หลังจากการสร้างการผกผันของประชากรในสภาพแวดล้อมการทำงานโดยแหล่งกระตุ้นภายนอก เฉพาะรังสีที่แพร่กระจายไปตามแกนของเครื่องสะท้อนเท่านั้นที่จะมีส่วนร่วมในการพัฒนากระบวนการผลิต การแผ่รังสีนี้เมื่อไปถึงพื้นผิวของกระจกสะท้อนแสงแบบเต็มตัวของเครื่องสะท้อนกลับและสะท้อนจากนั้นจะเข้าสู่ตัวกลางที่ใช้งานอยู่อีกครั้งและแพร่กระจายในนั้นถูกขยายเนื่องจากการบังคับเปลี่ยนผ่าน เมื่อสะท้อนจากกระจกสะท้อนบางส่วนของตัวสะท้อนกลับ ส่วนหนึ่งของรังสีที่ถูกขยายจะกลับสู่ตัวกลางที่ใช้งานอยู่และถูกขยายอีกครั้ง และส่วนหนึ่งของรังสีจะออกจากตัวสะท้อนกลับ นอกจากนี้กระบวนการเหล่านี้จะถูกทำซ้ำหลายครั้งตราบเท่าที่มีแหล่งกระตุ้นภายนอกของระบบอะตอม
เพื่อให้กระบวนกำเนิดรังสีมีเสถียรภาพ จำเป็นที่รังสีที่ได้รับในตัวกลางแอคทีฟระหว่างการส่งผ่านสองครั้งในตัวสะท้อนจะเท่ากับหรือมากกว่าการสูญเสียรังสีทั้งหมดตามเส้นทางเดียวกัน การสูญเสียทั้งหมดรวมถึงการสูญเสียในตัวกลางที่ใช้งานอยู่และการแผ่รังสีที่ถูกดึงออกจากตัวสะท้อนกลับผ่านกระจกสะท้อนแสงบางส่วน
ในเลเซอร์สมัยใหม่ มุมที่แตกต่าง (9) ของลำแสงเลเซอร์สามารถเข้าถึงขีดจำกัดและช่วงการเลี้ยวเบนตามลำดับขนาดตั้งแต่หลายอาร์ควินาทีไปจนถึงสิบอาร์คนาที
พลังของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ถูกลบออกจากปริมาตรหน่วยของตัวกลางแอคทีฟจะถูกกำหนดโดยกำลังของแหล่งกระตุ้นภายนอกที่จ่ายให้กับปริมาตรหน่วยของตัวกลางแอคทีฟ กำลังรวมสูงสุด (พลังงาน) ของการแผ่รังสีเลเซอร์อยู่ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ซึ่งแปรผันตามปริมาตรของตัวกลางแอคทีฟและกำลังสูงสุด (พลังงาน) ของแหล่งกำเนิดการกระตุ้นภายนอก (การสูบน้ำ)
คุณสมบัติหลักของการแผ่รังสีเลเซอร์ซึ่งทำให้มีแนวโน้มนำไปใช้ในการแพทย์สาขาต่างๆ คือ ทิศทางสูง มีสีเดียว และความเข้มของพลังงาน
ทิศทางที่สูงของการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นมีลักษณะเฉพาะคือความแตกต่างเชิงมุมของลำแสงในพื้นที่ว่างถึงค่าที่วัดได้ในสิบส่วนโค้งวินาที ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะส่งรังสีเลเซอร์ในลำแสงไปเป็นระยะทางไกลๆ โดยไม่ต้องเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างมีนัยสำคัญ ความเป็นเอกรงค์เดียวและทิศทางของการแผ่รังสีเลเซอร์ทั้งแบบพัลส์และแบบต่อเนื่องทำให้สามารถโฟกัสไปยังจุดที่สอดคล้องกับความยาวคลื่นของการแผ่รังสีเลเซอร์ได้ การโฟกัสที่คมชัดดังกล่าวทำให้สามารถฉายรังสีวัตถุทางการแพทย์และชีวภาพในระดับเซลล์ได้ นอกจากนี้ การมุ่งเน้นดังกล่าวยังช่วยให้ได้รับผลการรักษาที่ต้องการด้วยพลังงานรังสีเลเซอร์ต่ำ อย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้รังสีเลเซอร์ในการประมวลผลวัตถุทางชีวภาพที่มีความไวต่อแสง
2. มุมของการเบี่ยงเบนของลำแสงเลเซอร์ (6)
1 - กระจกทึบแสง, 2 - กระจกโปร่งแสง, 3 - ลำแสงเลเซอร์
การใช้การโฟกัสที่คมชัดด้วยพลังและพลังงานการฉายรังสีสูงทำให้สามารถระเหยและตัดเนื้อเยื่อชีวภาพได้ ซึ่งนำไปสู่การใช้เลเซอร์ในการผ่าตัด
สำหรับวัตถุที่ไม่ไวต่อแสง (เนื้องอกเนื้อร้าย) การฉายรังสีที่มีกำลังแรงครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถทำได้
ในทุกกรณี ธรรมชาติของผลกระทบของรังสีเลเซอร์ต่อเนื้อเยื่อชีวภาพจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ความหนาแน่นของพลังงาน และโหมดการแผ่รังสี - แบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์
การแผ่รังสีในบริเวณสีแดงและอินฟราเรดของสเปกตรัมเมื่อถูกดูดซับโดยเนื้อเยื่อชีวภาพ จะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งสามารถใช้ในการระเหยสาร สร้างการสั่นสะเทือนทางเสียง และทำให้เกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี
การแผ่รังสีในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม นอกเหนือจากผลกระทบจากความร้อนแล้ว ยังทำให้เกิดเงื่อนไขในการกระตุ้นปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลอีกด้วย ดังนั้นการใช้รังสีความเข้มต่ำจากเลเซอร์ฮีเลียมนีออน (ความยาวคลื่นรังสี 0.63 ไมครอน) จึงมีผลที่เชื่อถือได้ทางคลินิก ซึ่งนำไปสู่การเร่งการรักษาบาดแผลทางโภชนาการและเป็นหนอง แผลในกระเพาะอาหาร ฯลฯ อย่างไรก็ตาม กลไกการออกฤทธิ์ประเภทนี้ รังสียังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการวิจัยในทิศทางนี้จะช่วยให้การใช้รังสีประเภทนี้มีประสิทธิภาพและมีความหมายมากขึ้นในการปฏิบัติงานทางคลินิก
เมื่อใช้เลเซอร์ที่ทำงานในโหมดการแผ่รังสีต่อเนื่อง ผลกระทบจากความร้อนจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ซึ่งแสดงออกที่ระดับพลังงานปานกลางในการแข็งตัวของเลือด และที่พลังงานสูงในการระเหยของเนื้อเยื่อชีวภาพ
ในโหมดพัลซิ่ง ผลของรังสีที่มีต่อวัตถุทางชีวภาพจะซับซ้อนมากขึ้น ปฏิสัมพันธ์ของรังสีกับเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตในที่นี้มีลักษณะระเบิดได้และมาพร้อมกับทั้งผลกระทบจากความร้อน (การแข็งตัวของการระเหย) และการก่อตัวของคลื่นการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์ในเนื้อเยื่อชีวภาพ ซึ่งแพร่กระจายลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพ ที่ความหนาแน่นพลังงานสูง ไอออนไนซ์ของอะตอมของเนื้อเยื่อชีวภาพเป็นไปได้
ดังนั้นความแตกต่างในพารามิเตอร์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ทำให้เกิดความแตกต่างในกลไกและผลลัพธ์ของการมีปฏิสัมพันธ์ ทำให้เลเซอร์มีกิจกรรมที่หลากหลายในการแก้ปัญหาทางการแพทย์ต่างๆ
ปัจจุบัน เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในสาขาการแพทย์ เช่น ศัลยกรรม มะเร็งวิทยา จักษุวิทยา การบำบัด นรีเวชวิทยา ระบบทางเดินปัสสาวะ ศัลยกรรมระบบประสาท รวมถึงเพื่อการวินิจฉัย
ในการผ่าตัด ลำแสงเลเซอร์ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในฐานะมีดผ่าตัดอเนกประสงค์ โดยมีคุณสมบัติเหนือกว่าในด้านการตัดและการห้ามเลือดเมื่อเทียบกับมีดไฟฟ้า กลไกการทำงานร่วมกันของมีดผ่าตัดเลเซอร์กับเนื้อเยื่อชีวภาพมีลักษณะดังนี้
1. การขาดการสัมผัสเชิงกลของอุปกรณ์กับเนื้อเยื่อชีวภาพ ช่วยลดความเสี่ยงของการติดเชื้อของอวัยวะที่ผ่าตัด และช่วยให้มั่นใจว่าการผ่าตัดจะดำเนินการในพื้นที่ผ่าตัดอิสระ
2. ผลห้ามเลือดของการฉายรังสีซึ่งทำให้สามารถรับแผลที่ไม่มีเลือดและหยุดเลือดจากเนื้อเยื่อที่มีเลือดออกได้
3. ผลการฆ่าเชื้อภายในของรังสีซึ่งเป็นวิธีการออกฤทธิ์ในการต่อสู้กับการติดเชื้อที่บาดแผลซึ่งช่วยป้องกันภาวะแทรกซ้อนในช่วงหลังผ่าตัด
4. ความสามารถในการควบคุมพารามิเตอร์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ ทำให้สามารถรับผลกระทบต่าง ๆ เมื่อรังสีมีปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อชีวภาพ
5. ผลกระทบต่อเนื้อเยื่อบริเวณใกล้เคียงน้อยที่สุด
ปัญหาที่หลากหลายที่มีอยู่ในการผ่าตัดจำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างครอบคลุมถึงความเป็นไปได้ของการใช้เลเซอร์ที่มีพารามิเตอร์และโหมดการฉายรังสีที่หลากหลาย
ในการผ่าตัด เลเซอร์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ความยาวคลื่นรังสี 10.6 μm) ซึ่งทำงานในโหมดพัลซิ่งและต่อเนื่องที่มีกำลังรังสีสูงถึง 100 W ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นมีดผ่าตัดแบบเบา
กลไกการออกฤทธิ์ของรังสีเลเซอร์ CO 2 คือการทำความร้อนของเนื้อเยื่อชีวภาพเนื่องจากการดูดซับรังสีเลเซอร์ที่แข็งแกร่ง ความลึกของการทะลุทะลวงของรังสีนี้ไม่เกิน 50 ไมครอน ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพลังงานรังสี ผลของมันจะปรากฏในผลของการตัดหรือการแข็งตัวของพื้นผิวของเนื้อเยื่อชีวภาพ
เนื้อเยื่อถูกตัดด้วยลำแสงเลเซอร์แบบโฟกัสเนื่องจากการระเหยของเนื้อเยื่อทีละชั้น ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรสูงถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ต่อ 1 ซม. 3 การแข็งตัวของเนื้อเยื่อบนพื้นผิวทำได้โดยการเปิดเผยให้รังสีเลเซอร์พร่ามัวที่ความหนาแน่นของปริมาตรประมาณหลายร้อยวัตต์ต่อ 1 ซม. 3
ด้วยกำลังการแผ่รังสีเลเซอร์ 20 W เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงเลเซอร์โฟกัส 1 มม. (ความหนาแน่นของพลังงานพื้นผิว 2.5 kW/cm 2 ) และความลึกของการแผ่รังสี 50 μm ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ใช้ในการให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อชีวภาพถึง 500 กิโลวัตต์/ซม.3 . ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรที่สูงมากของการแผ่รังสีเลเซอร์ทำให้มั่นใจได้ว่าความร้อนและการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพอย่างรวดเร็วในบริเวณลำแสงเลเซอร์ ในกรณีนี้ biotissue จะสลายตัวก่อนด้วยการระเหยของของเหลวและการทำให้เป็นคาร์บอนของเฟสของแข็ง เนื้อเยื่อชีวภาพที่ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์โดยสมบูรณ์จะสังเกตได้ในช่วงอุณหภูมิ 200-220 °C กรอบคาร์บอนของเนื้อเยื่อชีวภาพนั้นมีอุณหภูมิสูงถึง 400-450 ° C และจะถูกเผาไหม้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก เมื่อเฟรมคาร์บอไนซ์ไหม้ อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เป็นก๊าซจะอยู่ที่ 800-1,000 °C
ความลึกของการตัดถูกกำหนดโดยความเร็วที่ขอบเขตของชั้นการทำลายเนื้อเยื่อทางชีวภาพเคลื่อนลึกลงไป ในกรณีนี้ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของขอบเขตที่ระบุจะขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ตามแนวตัด ยิ่งความเร็วในการเคลื่อนที่ของจุดโฟกัสตามแนวเส้นตัดต่ำลง ความลึกของการตัดก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน
ตรงกันข้ามกับการแผ่รังสีที่มี = 10.6 μm การแผ่รังสีด้วยเลเซอร์ YAG-Nd มีลำดับความสำคัญในการเจาะเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพที่มากกว่าซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นปัจจัยที่ดีสำหรับการแข็งตัวของหลอดเลือดขนาดใหญ่ในช่วงที่มีเลือดออกมากตลอดจนการทำลายล้าง ของเนื้องอกที่อยู่ลึก
ดังนั้นการแผ่รังสีของเลเซอร์ YAG-Nd จึงมีผลในการจับตัวเป็นก้อนเด่นชัด (ผลการตัดของการแผ่รังสีของเลเซอร์นี้ด้อยกว่าเอฟเฟกต์ของเลเซอร์ CO 2 อย่างมาก) ซึ่งกำหนดขอบเขตการใช้งานจริง
4 มาตรการป้องกันรังสีเลเซอร์
เมื่อทำงานกับระบบเลเซอร์ การแผ่รังสีเลเซอร์โดยตรงและกระจายที่ไม่สามารถควบคุมได้อาจเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ (ผู้ป่วย บุคลากรทางการแพทย์) ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายอย่างยิ่งต่อการมองเห็นของผู้ปฏิบัติงานที่ทำงานกับระบบเลเซอร์ อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีเลเซอร์อินฟราเรดที่กระจัดกระจายของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ต่อเนื่องจากการติดตั้ง Scalpel-1, Romashka-1 และ Romashka-2 นั้นจะถูกเก็บรักษาไว้อย่างสมบูรณ์โดยชั้นของของเหลวน้ำตาและกระจกตาและไปไม่ถึงอวัยวะ . เนื่องจากความลึกของการเจาะทะลุของรังสีเลเซอร์ไม่เกิน 50 ไมครอน พลังงานประมาณ 70% จะถูกดูดซับโดยของเหลวน้ำตา และประมาณ 30% โดยกระจกตา
การแผ่รังสีความเข้มสูงจากเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากถูกโฟกัส อาจทำให้เกิดการไหม้เฉพาะที่ผิวหนังบริเวณส่วนที่สัมผัสของร่างกาย - แขน, ใบหน้า ผลกระทบของรังสีเลเซอร์ต่อร่างกายมนุษย์ไม่ได้ปรากฏเฉพาะเมื่อความเข้มของรังสีต่ำกว่าระดับที่ปลอดภัยเท่านั้น ซึ่งสำหรับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ต่อเนื่องคือ 0.1 W/cm 2 สำหรับดวงตา เป็นที่ทราบกันดีว่าในการตั้งค่าทางคลินิกเพื่อให้บรรลุผลทางคลินิกที่ต้องการ ระดับการฉายรังสีโดยตรงจะถูกนำมาใช้ซึ่งสูงกว่าระดับที่ปลอดภัยหลายร้อยพันเท่า ดังนั้นเมื่อทำงานกับระบบเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์จึงจำเป็นต้องปฏิบัติตามการป้องกันบางประการ มาตรการ
ในห้องที่ดำเนินการโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ แนะนำให้คลุมผนังและเพดานด้วยวัสดุที่มีการสะท้อนแสงน้อยที่สุด และวางอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่มีพื้นผิวมันวาวเรียบในลักษณะที่ไม่สามารถถูกกระแทกได้ไม่ว่าในสถานการณ์ใดก็ตาม ด้วยลำแสงตรงหรือเพื่อปิดกั้นหน้าจอด้วยพื้นผิวสีเข้มด้าน ก่อนเข้าห้องที่ติดตั้งการติดตั้งจะต้องติดตั้งป้ายไฟ (“ห้ามเข้า”__“เปิดเลเซอร์”) ซึ่งจะเปิดขึ้นระหว่างการทำงานของเลเซอร์
การปกป้องดวงตาของผู้ป่วยและบุคลากรจากรังสีโดยตรงหรือรังสีสะท้อนของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์รับประกันความน่าเชื่อถือด้วยแว่นตาที่ทำจากแก้วแสงธรรมดา เป็นที่พึงปรารถนาที่จะทำแว่นตาในลักษณะที่ไม่รวมความเป็นไปได้ที่รังสีเลเซอร์จะเข้ามาผ่านช่องว่างระหว่างกรอบและใบหน้าและมีการมองเห็นที่กว้าง แว่นตาจะสวมใส่เฉพาะระหว่างระยะเลเซอร์ของการผ่าตัด เพื่อป้องกันไม่ให้ดวงตาสัมผัสกับรังสีเลเซอร์โดยตรง
เมื่อทำงานร่วมกับระบบเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ การใช้เครื่องมือผ่าตัดด้วยเลเซอร์จะเพิ่มความเสี่ยงต่อความเสียหายต่อผิวหนังของมือและใบหน้าของศัลยแพทย์เนื่องจากการสะท้อนของลำแสงเลเซอร์จากเครื่องมือ อันตรายนี้จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อใช้เครื่องมือที่มี "การทำให้ดำคล้ำ" เป็นพิเศษ เครื่องมือ "ดำคล้ำ" ดูดซับรังสีเลเซอร์ประมาณ 90% ที่ตกกระทบด้วยความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน เครื่องมืออื่นๆ เช่น อุปกรณ์ดึงกลับ คีมห้ามเลือด แหนบ ที่เย็บกระดาษ ก็สามารถสะท้อนลำแสงเลเซอร์ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ในมือของศัลยแพทย์ผู้มีประสบการณ์ ขั้นตอนการผ่าตัดใดๆ ก็ตามสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องให้ลำแสงเลเซอร์ไปที่เครื่องมือเหล่านี้ นอกจากนี้ยังมีอันตรายจากการจุดติดไฟของวัสดุผ่าตัด, ผ้าเช็ดปาก, ผ้าปูที่นอน ฯลฯ เมื่อรังสีเลเซอร์โดยตรงกระทบกับพวกเขาดังนั้นเมื่อใช้งานจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุอ่อนที่แช่ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ไอโซโทนิกในพื้นที่ การรักษาด้วยเลเซอร์ตามที่ตั้งใจไว้_ แนะนำให้ใช้ในขณะที่ทำการผ่าตัด ในระหว่างขั้นตอนเลเซอร์ของการผ่าตัด ให้นำอุปกรณ์รังสีเลเซอร์และอุปกรณ์ที่ทำจากพลาสติกที่สามารถจุดติดไฟได้ที่อุณหภูมิสูงออกจากสนาม
เราไม่ควรลืมว่าเครื่องเลเซอร์ก็เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าเช่นกัน ในเรื่องนี้เมื่อใช้งานจำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยทางไฟฟ้าที่ปฏิบัติตามระหว่างการติดตั้งระบบไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภค
บุคลากรที่ทำงานเกี่ยวกับระบบเลเซอร์จะต้องได้รับการฝึกอบรมพิเศษและมีคุณสมบัติที่เหมาะสม ทุกคนที่ทำงานกับรังสีเลเซอร์จะต้องได้รับการตรวจสุขภาพเป็นประจำอย่างน้อยปีละครั้ง รวมถึงการตรวจโดยจักษุแพทย์ นักบำบัด และนักประสาทวิทยา นอกจากนี้จำเป็นต้องมีการตรวจเลือดทางคลินิกเพื่อตรวจสอบระดับฮีโมโกลบิน จำนวนเม็ดเลือดขาว และสูตรเม็ดเลือดขาว ทำการทดสอบตับขั้นพื้นฐานด้วย
หากปฏิบัติตามกฎข้างต้นอย่างระมัดระวัง อันตรายจากความเสียหายต่ออวัยวะ เนื้อเยื่อ และสภาพแวดล้อมทางชีวภาพของร่างกายมนุษย์จะหายไปในทางปฏิบัติ ดังนั้นตลอดระยะเวลา 10 ปีในการทำงานกับการติดตั้งเลเซอร์ต่างๆ ซึ่งโดยรวมแล้วได้ดำเนินการหลายพันครั้ง เราไม่ได้สังเกตเห็นความเสียหายต่อดวงตาและผิวหนังจากการแผ่รังสีเลเซอร์แม้แต่กรณีเดียวตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของสถานะสุขภาพ ของพนักงานของสถาบันที่เกี่ยวข้องกับงานติดตั้งเลเซอร์
5 การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อทางชีววิทยา
กฎหมายที่ควบคุมการแทรกซึมของรังสีเข้าสู่เนื้อเยื่อเกี่ยวข้องโดยตรงกับปัญหากลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ สาเหตุหนึ่งที่รังสีทะลุผ่านไปยังระดับความลึกที่จำกัดคือการดูดซับรังสีเลเซอร์โดยเนื้อเยื่อชีวภาพ และนี่คือลิงก์เริ่มต้นบังคับที่มีข้อยกเว้นที่หายากซึ่งนำหน้าห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงที่กำลังพัฒนาในสิ่งมีชีวิตที่ถูกฉายรังสี ความลึกของการแผ่รังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อมีความสำคัญมากในทางปฏิบัติ เนื่องจากเป็นปัจจัยหนึ่งที่กำหนดขีดจำกัดของการใช้เลเซอร์ที่เป็นไปได้ในคลินิก
การดูดซึมไม่ใช่กระบวนการเดียวที่นำไปสู่การลดทอนของรังสีเลเซอร์เมื่อผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพ พร้อมกับการดูดกลืนรังสี กระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ จำนวนมากเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะท้อนของแสงจากพื้นผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง การหักเหเมื่อผ่านขอบเขตที่แยกตัวกลางสองตัวที่ไม่เหมือนกันทางแสง การกระเจิงของแสงด้วยอนุภาคเนื้อเยื่อ ฯลฯ ดังนั้น เราสามารถพูดถึงการลดทอนของรังสีโดยทั่วไปได้ รวมถึงนอกเหนือจากการดูดซับ การสูญเสียเนื่องจากปรากฏการณ์อื่น ๆ และเกี่ยวกับการดูดซับรังสีที่แท้จริง ในกรณีที่ไม่มีการกระเจิง การดูดกลืนในตัวกลางจะมีพารามิเตอร์ 2 ตัวคือ ความสามารถในการดูดซับและความลึกของการดูดกลืน ความสามารถในการดูดซับหมายถึงอัตราส่วนของพลังงานที่ถูกดูดซับในตัวกลางต่อพลังงานรังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของตัวกลาง อัตราส่วนนี้จะน้อยกว่า 1 เสมอเนื่องจากการแผ่รังสีบางส่วนผ่านไปได้ ความลึกของการดูดซับแสดงถึงการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานที่ถูกดูดซับในตัวกลาง ในกรณีที่ง่ายที่สุด (การสลายตัวของแสงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลในสสาร) จะเท่ากับระยะทางที่พลังงานรังสีลดลง 2.718 เท่าเมื่อเทียบกับพลังงานรังสีบนพื้นผิวของตัวกลาง ส่วนกลับของความลึกในการดูดซับเรียกว่าสัมประสิทธิ์การดูดซับ มีขนาดซม.-1 หากการกระเจิงของแสงเกิดขึ้นพร้อมกับการดูดกลืน ดังนั้นระยะทางซึ่งเป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของกระบวนการเหล่านี้ การแผ่รังสีจะถูกลดทอนลงด้วยปัจจัยหนึ่งคือความลึกของการลดทอนหรือการทะลุทะลวงของรังสี และค่าผกผันของมันคือ ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนซึ่งมีมิติ cm -1 ด้วย
เมื่อพิจารณาการดูดซึมของรังสีเลเซอร์ตามทฤษฎีในทางทฤษฎี เพื่อลดความซับซ้อนของปัญหา สามารถสันนิษฐานได้ว่ารังสีนั้นเป็นคลื่นระนาบที่ตกกระทบบนพื้นผิวเรียบของวัตถุ และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงทั่วทั้งพื้นที่ฉายรังสีจะเท่ากันและไม่ ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง ในกรณีนี้ พลังงานรังสี (กำลัง) จะลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น และการกระจายของรังสีจะแสดงเป็นสมการ:
P=P 0 ประสบการณ์ (1)
โดยที่ P คือพลังการแผ่รังสีที่ระดับความลึก Po คือพลังของการแผ่รังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของเนื้อเยื่อ - ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเนื้อเยื่อ (เราละเลยการสูญเสียเนื่องจากการสะท้อนของแสงจากเนื้อเยื่อ)
ในสภาวะจริง เมื่อวัตถุทางชีวภาพถูกฉายรังสี ความสัมพันธ์ง่ายๆ ระหว่างความหนาของชั้นเนื้อเยื่อและปริมาณพลังงานที่ดูดซับจะถูกละเมิด ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับของส่วนต่างๆ ของเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสี ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเม็ดเมลานินในเรตินาจึงมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเนื้อเยื่อโดยรอบถึง 1,000 เท่า เนื่องจากการดูดกลืนแสงเป็นกระบวนการระดับโมเลกุลซึ่งท้ายที่สุดแล้วขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโมเลกุลที่ดูดซับรังสี ปริมาณการดูดกลืนแสงในระดับเซลล์และเซลล์ย่อยอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญแม้แต่จากออร์แกเนลล์ไปจนถึงออร์แกเนลล์ก็ตาม สุดท้าย การดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงจึงแตกต่างกันไปอย่างมากสำหรับเลเซอร์ที่เปล่งออกมาในภูมิภาคต่างๆ ของสเปกตรัม
ในการศึกษาเบื้องต้นจำนวนหนึ่ง ค่าการดูดซึมของเนื้อเยื่อชีวภาพได้รับการตัดสินโดยพิจารณาจากผลการตรวจวัดการส่งผ่านแสง ในกรณีส่วนใหญ่ การทดลองจะดำเนินการด้วยเลเซอร์ทับทิมและนีโอไดเมียม ดังนั้นเมื่อฉายรังสีหนูด้วยเลเซอร์ทับทิมพบว่าพลังงาน 45 ถึง 60% แทรกซึมผ่านผิวหนังและ 20 ถึง 30% ผ่านทางผิวหนังและกล้ามเนื้อใต้ผิวหนัง การพัฒนาวิธีการหาค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านและการสะท้อนของเนื้อเยื่อนั้นอุทิศให้กับการวิจัยของ G. G. Shamaeva และคณะ (1969) ข้อมูลที่ได้รับโดยใช้วิธีนี้เมื่อฉายรังสีหนูด้วยเลเซอร์นีโอไดเมียมถูกนำมาใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมทางผิวหนังที่ 9.9 ซม. -1
L.I. Derlemenko (1969), M.I. Danko และคณะ (1972) ใช้โฟโตมิเตอร์แบบรวมเพื่อตรวจสอบการดูดซึมของรังสีเลเซอร์นีโอไดเมียมโดยเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อและตับของหนู เมื่อฉายรังสีกล้ามเนื้อ 27-32% ของรังสีจะผ่านชั้นเนื้อเยื่อหนา 1 มม. และ 20-23% ของตับ สำหรับชั้นผ้าที่มีความหนา 6 มม. ค่าเหล่านี้คือ 3 และ 1.5% ตามลำดับ
ข้อมูลที่นำเสนอแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาการดูดกลืนรังสีเลเซอร์ในระดับสีของเนื้อเยื่อ: เนื้อเยื่อที่มีเม็ดสีเข้มข้นจะดูดซับรังสีได้เข้มข้นกว่าเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ รูปแบบเดียวกันนี้เห็นได้ชัดในการทดลองการฉายรังสีเนื้องอกต่าง ๆ ในสัตว์ด้วยเลเซอร์ทับทิมและนีโอไดเมียม การดูดซึมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเป็นเรื่องปกติสำหรับเนื้องอกเนื่องจากมีเมลานินอยู่ในตัว
A. M. Urazaev และคณะ (1978) เปรียบเทียบระดับการลดทอนของรังสีจากเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (ความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร) และเลเซอร์อาร์กอน (488 นาโนเมตร) เมื่อผ่านส่วนต่างๆ ของร่างกายของหนูขนที่มีชีวิตหรือผ่านการเตรียมการที่เตรียมจากอวัยวะต่างๆ ของสัตว์ที่อุดตัน การแผ่รังสีที่ส่งผ่านถูกวัดโดยใช้โฟโตเซลล์ และข้อมูลที่ได้รับจะถูกนำมาใช้ในการคำนวณความลึกของการทะลุผ่านของรังสีเลเซอร์ ในการทดลองเกือบทุกรูปแบบ รังสีจากบริเวณสีแดงของสเปกตรัมทะลุผ่านได้ลึกกว่าสีน้ำเงิน-เขียว และความแตกต่างนี้เด่นชัดที่สุดเมื่อผ่านอวัยวะที่มีหลอดเลือดหนาแน่นและมีเลือดปริมาณมาก
การเปรียบเทียบความลึกของการแทรกซึมของเลเซอร์ไนโตรเจน (ความยาวคลื่น 337.1 นาโนเมตร) ฮีเลียม-แคดเมียม (441.6 นาโนเมตร) และเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (632.8 นาโนเมตร) เข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพได้ดำเนินการในชุดการศึกษาโดยผู้เขียนคนอื่นๆ ทำการวัดส่วนต่างๆ ของอวัยวะต่างๆ ของหนูโดยใช้สองวิธี โดยใช้ลูกบอลวัดแสงหรือหัววัดแสง ในกรณีแรก ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนของรังสีเลเซอร์ในเนื้อเยื่อถูกกำหนดโดยโฟโตเมตริก และอย่างหลังทำให้สามารถคำนวณความลึกของการเจาะทะลุของรังสีได้ ประการที่สอง มีการสอดตัวนำแสงแก้วบาง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75 มม.) ที่เชื่อมต่อกับเครื่องคูณแสงเข้าไปในตัวอย่างเนื้อเยื่อฉายรังสีที่ด้านตรงข้ามของลำแสงเลเซอร์โดยมีแกนร่วมด้วย ด้วยการเลื่อนส่วนปลายของตัวนำแสงไปยังระยะทางต่างๆ ที่ทราบจากจุดที่เกิดลำแสงบนพื้นผิวของเนื้อเยื่อและการวัดความหนาแน่นของฟลักซ์แสง ทำให้ได้เส้นโค้งของการกระจายของความเข้มของรังสีเลเซอร์ในเนื้อเยื่อ และ กำหนดความลึกของการเจาะ
ทั้งสองวิธีที่ใช้ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน การแผ่รังสีจากเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนมีพลังทะลุทะลวงมากที่สุด และเลเซอร์ฮีเลียม-แคดเมียมมีพลังงานน้อยที่สุด ในทุกกรณีความลึกของการเจาะจะต้องไม่เกิน 2-2.5 มม.
ปัญหาที่น่าสนใจเกิดขึ้นในการทดลองที่ดำเนินการโดย V. A. Dubrovsky และ O. G. Astafieva (1979) ซึ่งพวกเขาเปรียบเทียบการดูดกลืนรังสีสีแดงโดยเม็ดเลือดแดงแตกในเลือดกับคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน: การแผ่รังสีแบบโพลาไรซ์ที่สอดคล้องกันของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน; การแผ่รังสีที่ไม่ต่อเนื่องแบบโพลาไรซ์จากหลอดไส้ผ่านฟิลเตอร์โพลารอยด์และสเปกตรัม การแผ่รังสีที่ไม่มีขั้วและไม่ต่อเนื่องกันจากหลอดไส้ส่งผ่านตัวกรองสเปกตรัมเท่านั้น พบว่าการเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่ไม่ส่งผลต่อการดูดซึม ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความกว้างของสเปกตรัมและคุณสมบัติโพลาไรซ์ของรังสี: รังสีโพลาไรซ์จะถูกดูดซับอย่างแข็งขันน้อยกว่ารังสีที่ไม่มีโพลาไรซ์
พร้อมด้วยข้อมูลที่ให้ไว้เกี่ยวกับการดูดซับโดยเนื้อเยื่อชีวภาพของรังสีจากเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้อัลตราไวโอเลตใกล้ (ไนโตรเจน) ส่วนที่มองเห็นได้ (ฮีเลียม-แคดเมียม อาร์กอน ฮีเลียม-นีออน ทับทิม) และบริเวณสเปกตรัมใกล้อินฟราเรด (นีโอไดเมียม) ข้อมูล ต่อการดูดกลืนแสงถือเป็นรังสีที่สำคัญในทางปฏิบัติจากเลเซอร์ CO3 ที่สร้างขึ้นในบริเวณอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 10,600 นาโนเมตร เนื่องจากรังสีนี้ถูกดูดซับอย่างเข้มข้นโดยน้ำ และรังสีชนิดนี้คิดเป็นประมาณ 80% ของมวลเซลล์ส่วนใหญ่ เมื่อเนื้อเยื่อชีวภาพสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ CO2 จึงถูกดูดซับเกือบทั้งหมดโดยชั้นผิวของเซลล์
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในส่วนลึกของเนื้อเยื่อนั้นถูกจำกัด เนื่องจากไม่เพียงแต่การดูดซับเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการอื่นๆ ด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวเนื้อเยื่อ อ้างอิงจาก B. A. Kudryashov (1976), p. D. Pletnev (1978) และคนอื่นๆ การแผ่รังสีของเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้อัลตราไวโอเลตและบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม (ไนโตรเจน ฮีเลียม-แคดเมียม อาร์กอน ฮีเลียม-นีออน ทับทิม) ที่สะท้อนโดยผิวขาวของมนุษย์และสัตว์คือ 30 -40%; สำหรับรังสีอินฟราเรดของเลเซอร์นีโอไดเมียมค่านี้จะไม่น้อยนัก (20-35%) และในกรณีของรังสีอินฟราเรดระยะไกลของเลเซอร์ CO2 จะลดลงเหลือประมาณ 5% สำหรับอวัยวะภายในต่างๆ ของสัตว์ ค่าการสะท้อนแสง (633 นาโนเมตร) แปรผันตั้งแต่ 0.18 (ตับ) ถึง 0.60 (สมอง)
เนื่องจากการลดทอนของรังสีเลเซอร์ ความลึกของการแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพจึงไม่เกินหลายมิลลิเมตร และการใช้งานเลเซอร์ในทางปฏิบัติจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม นอกจากเนื้อหาที่นำเสนอแล้ว ข้อมูลยังเป็นที่ทราบกันดีว่าช่วยให้เราสามารถสรุปผลในแง่ดีได้มากขึ้น ประเด็นก็คือในการศึกษาทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น มีความเป็นไปได้ที่จะประเมินบทบาทของการกระเจิงของรังสีที่อยู่ลึกลงไปในเนื้อเยื่อ ตัวอย่างเช่น เมื่อหาค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านและการสะท้อนของตัวอย่างเนื้อเยื่อโดยใช้โฟโตเมตริกบอล ความแตกต่างที่ตรวจพบได้ในความเข้มของรังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของตัวอย่างและการส่งผ่านนั้นจะเป็นผลรวม (ลบรังสีที่สะท้อน) ของการสูญเสียเนื่องจากการดูดซับและการกระเจิง และส่วนแบ่งของแต่ละกระบวนการยังไม่ทราบ ในอีกกรณีหนึ่ง เมื่อวัดความเข้มของรังสีถึงจุดที่กำหนดที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อโดยใช้หัววัดแสง ส่วนปลายของจุดหลังจะรับรู้เพียงรังสีที่ตกลง "จากด้านหน้า" ที่จริงแล้ว จุดที่เป็นปัญหาภายในเนื้อเยื่อ ได้รับแสงสว่างจากทุกทิศทุกทางด้วยการแผ่รังสีที่กระจัดกระจายโดยอนุภาคที่อยู่รอบตัวเธอ ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้วิธีนี้ จึงได้ค่าตัวบ่งชี้การกระจายความเข้มของรังสีเหนือความลึกที่ประเมินไว้ต่ำเกินไป ซึ่งไม่อนุญาตให้คำนึงถึงแสงที่กระจัดกระจาย ในเวลาเดียวกัน ในสื่อที่มีการกระเจิงอย่างเข้มข้น เช่น เนื้อเยื่อชีวภาพ สัดส่วนของการกระเจิงของรังสีมีความสำคัญมาก
การนำบทบัญญัติเหล่านี้มาพิจารณาในการศึกษาโดยละเอียดหลายชุด โดเฮอร์ตี้ และคณะ (1975, 1978) มีความพยายามในการตรวจสอบผลกระทบของการกระเจิงของแสงต่อความลึกของการแทรกซึมของรังสีเข้าไปในเนื้อเยื่อ ผู้เขียนใช้ตาแมวกำหนดสัดส่วนของการแผ่รังสีแสงจากหลอดซีนอน (เน้นพื้นที่ 620-640 นาโนเมตร) ที่ผ่านส่วนที่มีความหนาต่าง ๆ ซึ่งได้มาจากเนื้องอกที่ปลูกถ่ายของต่อมน้ำนมของหนูหรือ จากเนื้อเยื่อปกติของพวกเขา ค่าที่ได้รับของค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านแสงถูกนำมาใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิง (S) และการดูดกลืนแสง (K) จากความสัมพันธ์ที่กำหนดโดย P. Kubelka (1964) และ F. Kottler (I960) ค่าที่ได้รับสำหรับเนื้อเยื่อเนื้องอกคือ S = 13.5 และ K = 0.04 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเศษส่วนของแสงที่กระเจิงนั้นมากกว่าเศษส่วนของแสงที่ดูดกลืนมาก ฉัน
ในงานชิ้นที่สองซึ่งดำเนินการในปี พ.ศ. 2521 โดยนักวิจัยกลุ่มเดียวกัน มีการใช้วิธีการสองวิธีที่อนุญาตให้รับค่าความเข้มของแสงคั่นระหว่างหน้าทั้งหมด ทั้งค่าที่พบโดยไม่คำนึงถึงการกระเจิงและรวมถึงค่านั้นด้วย เพื่อรับการทดลองโดยตรง ในกรณีที่ใช้วิธีการใดวิธีหนึ่ง มีการสอดตัวนำแสงไฟเบอร์หนา 0.8 มม. เข้าไปในส่วนลึกของเนื้องอกที่เพิ่งตัดออก (rhabdomyoifcoma ในหนู) และปลายที่ยื่นออกมาจากเนื้อเยื่อนั้นกำกับโดยลำแสงเลเซอร์ฮีเลียมนีออน 2 mW . ไฟนำทางอีกอันที่เชื่อมต่อกับโฟโตมิเตอร์ถูกเสียบจากฝั่งตรงข้ามของตัวอย่าง โดยการนำแถบนำแสงสัมผัสกันในขั้นแรก จากนั้นจึงแยกออกจากกันตามระยะทางที่ทราบ ความเข้มของการแผ่รังสีที่ส่งผ่านชั้นเนื้อเยื่อที่มีความหนาคงที่จึงถูกวัดได้ เช่นเดียวกับในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้น วิธีนี้ไม่อนุญาตให้คำนึงถึงการกระจัดกระจายไม่
เทคนิคที่สองคือแอกติโนเมตริก (โฟโตเคมีคอล) และประกอบด้วยการใส่หลอดเส้นเลือดฝอยหลายหลอดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. เติมสารละลายของส่วนผสมไวแสงลงในเนื้อเยื่อเนื้องอกจนถึงระดับความลึกระดับหนึ่ง จากนั้นฉายรังสีตัวอย่างเนื้อเยื่อด้วยแสงที่มีความเข้มที่ทราบโดยใช้หลอดไส้ (ความยาวคลื่นมากกว่า 600 นาโนเมตร) ปริมาณของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลจะถูกกำหนด ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสงและเป็นฟังก์ชันของความลึกของ หลอด แน่นอนว่าด้วยการออกแบบการทดลองนี้ วิถีของปฏิกิริยาได้รับอิทธิพลจากการแผ่รังสีทั้งหมดที่ไปถึงจุดที่กำหนดซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อ รวมถึงแสงที่กระเจิงด้วย ข้อมูลที่นำเสนอในรูป 2 ช่วยให้เราสามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้รับโดยใช้วิธีการเหล่านี้ กราฟแสดงให้เห็นว่าความเข้มของรังสีในเนื้อเยื่อเนื้องอกที่ความลึกเท่ากัน ซึ่งกำหนดโดยวิธีแอกติโนเมตริก นั้นสูงกว่าความเข้มข้นที่กำหนดโดยใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติกอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น จากเส้นโค้งของการวัดแอกติโนเมตริก เป็นที่ชัดเจนว่าที่ระดับความลึก 2 ซม. ประมาณ 8% ของรังสียังคงแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อ ในขณะที่ตามเส้นโค้งที่สอง ค่านี้จะน้อยกว่า 0.1% K
ดังนั้นความโดดเด่นอย่างมีนัยสำคัญของการกระเจิงของแสงที่มองเห็นได้เมื่อผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพมากกว่าการดูดซับทำให้เราสรุปได้ว่าความสามารถของรังสีเลเซอร์ในการเจาะเนื้อเยื่อนั้นสูงกว่าที่เชื่อกันโดยทั่วไป หากเราคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการส่งรังสีเลเซอร์ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อโดยใช้ใยแก้วนำแสงและการกระจายที่ตามมาทั่วทั้งรอยโรคที่ได้รับการฉายรังสีเนื่องจากการกระเจิงเราสามารถลองขยายขอบเขตการใช้เลเซอร์ทางคลินิกได้อย่างมีนัยสำคัญ
6 กลไกทางพยาธิวิทยาของปฏิกิริยาระหว่างรังสีเลเซอร์กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ
ความเป็นเอกรงค์ ทิศทางที่เข้มงวด การเชื่อมโยงกัน และความสามารถในการรวมพลังงานจำนวนมากในพื้นที่ขนาดเล็ก ทำให้สามารถเลือกจับตัวเป็นก้อน ระเหย และตัดเนื้อเยื่อทางชีวภาพโดยไม่ต้องสัมผัส โดยมีการแข็งตัวของเลือดที่ดี เป็นหมัน และ Ablasticity
เมื่อรังสีเลเซอร์ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อชีวภาพจะสังเกตเห็นผลกระทบหลายประการ: ความร้อนที่เกิดจากการดูดซับควอนตัมแบบเลือกสรรการปรากฏตัวของคลื่นการบีบอัดและการกระแทกแบบยืดหยุ่นในตัวกลางการกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังซึ่งในบางกรณีมาพร้อมกับเลเซอร์ การแผ่รังสีตลอดจนผลกระทบอื่น ๆ ที่เกิดจากคุณสมบัติทางแสงต่อสิ่งแวดล้อมเอง
เมื่อรังสีเลเซอร์ส่งผลต่อเนื้อเยื่อ ระดับการโฟกัสเป็นสิ่งสำคัญ ในระหว่างการส่งลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสผ่านเนื้อเยื่อที่มีชีวิต ความเข้มของรังสีจะลดลงอย่างรวดเร็ว และสำหรับเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่ระดับความลึก 4 ซม. จะมีเพียง 1-2% ของพลังงานเริ่มต้นเท่านั้น ระดับและผลลัพธ์ของผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์ต่อเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะต่างๆ ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับลักษณะของการแผ่รังสี (ประเภทของเลเซอร์ ระยะเวลาและความหนาแน่นของพลังงานของการแผ่รังสี ความถี่พัลส์ ฯลฯ) แต่ยังรวมถึง ลักษณะทางเคมีกายภาพและชีวภาพของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่ถูกฉายรังสี /(ความเข้มของการไหลของเลือด ความหลากหลาย การนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมและการสะท้อนของพื้นผิวขั้นกลางต่างๆ ภายในตัวกลาง เป็นต้น) ส่วนประกอบภายในเซลล์ของเซลล์กลายเป็นโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนและทำลายได้ง่ายที่สุดภายใต้อิทธิพลของรังสีเลเซอร์
ความสามารถในการรวมรังสีเลเซอร์เข้าไปในลำแสงแคบนำไปสู่การสร้างมีดผ่าตัดเลเซอร์ซึ่งทำให้สามารถตัดเนื้อเยื่อต่างๆ โดยไม่ต้องใช้เลือดได้ ปัจจุบันมีประสบการณ์มากมายในการใช้รังสีเลเซอร์ในเวชศาสตร์ทดลองและคลินิก
คุณสมบัติการห้ามเลือดของรังสีเลเซอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้แคลมป์บีบอัดแบบพิเศษและเครื่องมือผ่าตัดด้วยเลเซอร์ที่ให้การบีบอัดในระยะสั้นและเลือดออกของเนื้อเยื่อตามแนวรอยบากที่ต้องการ หลักการบีบอัดตามขนาดยังช่วยลดปริมาณเนื้อร้ายของเนื้อเยื่อความร้อนได้อย่างมาก เนื่องจากภายใต้สภาวะการบีบอัด ค่าการนำความร้อนของเนื้อเยื่อจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเรื่องนี้ ความหนาแน่นของพลังงานที่เท่ากันของลำแสงเลเซอร์แบบโฟกัสทำให้สามารถผ่าเนื้อเยื่อภายใต้การบีบอัดได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งทำให้เกิดภาวะขาดเลือดของเนื้อเยื่อในท้องถิ่น
การใช้เลเซอร์ร่วมกับเครื่องมือพิเศษไม่เพียงช่วยให้แน่ใจได้ว่าการผ่าเนื้อเยื่อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งที่เรียกว่าการเชื่อมทางชีวภาพด้วย นักวิจัยสังเกตเห็นผลของการเชื่อมโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อผ่าอวัยวะต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีเพียงการสร้างอุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์แบบพิเศษเท่านั้นจึงเป็นไปได้ที่จะตระหนักถึงผลกระทบของการเชื่อมทางชีวภาพของเนื้อเยื่อของอวัยวะกลวงในระหว่างการผ่า ในพื้นที่ที่ได้รับการฉายรังสี จะสังเกตเห็นการดูดกลืนแสงที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของแสงที่มากขึ้นของเนื้อเยื่อที่ถูกบีบอัดและการสะท้อนแสงหลายครั้งจากชิ้นส่วนภายในของอุปกรณ์ทำให้เกิดพื้นที่ปิด “การเชื่อม” ของเนื้อเยื่อของอวัยวะกลวงเกิดขึ้นทีละชั้นตามแนวรอยตัดในบริเวณที่มีการบีบอัดเนื้อเยื่อที่ผลิตโดยอุปกรณ์เหล่านี้
การแสดงทางสัณฐานวิทยาของการเปลี่ยนแปลงที่เป็นรากฐานของปรากฏการณ์นี้คือเนื้อร้ายความร้อนแข็งตัวของเนื้อเยื่อที่ถูกบีบอัดด้วยการก่อตัวของฟิล์มของเนื้อเยื่อที่แข็งตัวและองค์ประกอบเซลล์ตามขอบของการตัดซึ่งเชื่อมต่อชั้นทางกายวิภาคทั้งหมดของอวัยวะในระดับเดียวกัน
ผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงพลังงานรังสีแสงเป็นพลังงานความร้อนในเยื่อเมือกคือการเสียรูปและการทำให้ต่อมสั้นลงการย่นของเซลล์เยื่อบุผิวด้วยการจัดเรียงนิวเคลียสที่กะทัดรัด โครงสร้างที่ได้นั้นมีลักษณะคล้ายกับ “รั้วล้อมรั้ว” ในชั้นกล้ามเนื้อการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาจะเด่นชัดน้อยลง Submucosa อยู่ในโซน "การเชื่อม"
ความลึก (ไมโครเมตร) ของความเสียหายจากความร้อนต่อผนังกระเพาะอาหารระหว่างการผ่าตัดทางเดินอาหารโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์(ตามข้อมูลกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง)
ค่อย ๆ มองเห็นได้ ความกว้างของโซนของเนื้อร้ายแข็งตัวตามขอบของเนื้อเยื่อที่ผ่าในกรณีนี้คือภายใน 1-2 มม. ปริมาตรของรอยโรคเนื้อตายสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มปริมาณของเหลวในเนื้อเยื่อที่ผ่า และโดยการใช้อุปกรณ์เลเซอร์ที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น เมื่อผ่ากล้ามเนื้อโครงร่างด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ความกว้างของโซนเนื้อร้ายแข็งตัวถึง 1.1-1.2 มม. หลังจากฉีดของเหลวเข้าไปในกล้ามเนื้อเบื้องต้นลดลง 28-40% ในทางกลับกัน การใช้อุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์แบบพิเศษที่ได้รับการปรับปรุงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยังทำให้สามารถลดโซนของเนื้อตายจากความร้อนในการแข็งตัวของเลือดลงเหลือ 30-60 ไมครอน (ตารางที่ 1) เนื่องจากรังสีเลเซอร์มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ จึงเกิดการระเหยอย่างรวดเร็วของของเหลวระหว่างหน้าและในเซลล์ จากนั้นจึงเกิดการเผาไหม้ของสารตกค้างที่แห้ง ความลึกและระดับของการเปลี่ยนแปลงความเสื่อมในเนื้อเยื่อเมื่อสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับทั้งลักษณะสเปกตรัมและพลังงานทั้งหมด (ระยะเวลาการรับแสง) ของการแผ่รังสี เมื่อสัมผัสเพียงเล็กน้อย เฉพาะชั้นผิวของเนื้อเยื่อเท่านั้นที่จะถูกทำลาย ระยะเวลาที่ได้รับรังสีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจะมาพร้อมกับปริมาณเนื้อเยื่อที่เสียหายเพิ่มขึ้น จนถึงการเจาะอวัยวะ การเคลื่อนลำแสงเลเซอร์ไปในทิศทางตามยาวหรือตามขวางทำให้เกิดการระเหยของเนื้อเยื่อและการก่อตัวของส่วนเชิงเส้นของอวัยวะ ในบริเวณที่มีการแข็งตัวของเนื้อร้ายความร้อนการแข็งตัวของผนังหลอดเลือดและเลือดเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของลิ่มเลือดที่มีลักษณะคล้ายไฮยะลินที่แข็งตัวซึ่งอุดตันรูของหลอดเลือดและทำให้แน่ใจว่ามีการแข็งตัวของเลือดอย่างเพียงพอ ภายใต้เงื่อนไขของการบีบอัดโดยใช้อุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ผลการห้ามเลือดจากการแผ่รังสีเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก การแสดงแผนผังของแผลเลเซอร์ในกระเพาะอาหาร
เรือที่มีการไหลเวียนโลหิตลดลงจะแข็งตัวทันที สัณฐานวิทยาของแผลด้วยเลเซอร์มีลักษณะเฉพาะที่แยกแยะความแตกต่างจากบาดแผลที่มาจากสาเหตุอื่นได้อย่างชัดเจน เนื้อเยื่อที่สัมผัสกับผลกระทบจากความร้อนจะแสดงโดยเนื้อร้ายแข็งตัว ทำให้เกิดสะเก็ดความร้อนด้วยเลเซอร์ อย่างหลังปกปิดพื้นผิวของแผลอย่างแน่นหนา หลังจากได้รับแสงเลเซอร์โดยตรง เป็นการยากที่จะระบุปริมาตรของเนื้อเยื่อเนื้อตายทั้งหมด ขอบของเนื้อเยื่อที่มีเนื้อร้ายแข็งตัวจะคงตัวภายในหนึ่งวันเป็นหลัก ในช่วงเวลานี้ในบริเวณแคบ ๆ ของเนื้อเยื่อที่เก็บรักษาไว้บริเวณชายแดนที่มีเนื้อร้ายจากความร้อนจะตรวจพบอาการบวมน้ำและระดับความรุนแรงของความผิดปกติของระบบไหลเวียนโลหิตที่แตกต่างกันซึ่งแสดงออกโดยภาวะเลือดคั่งในเลือดสูงภาวะชะงักงันและการตกเลือดในหลอดเลือดในหลอดเลือด จากการศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยา ได้มีการระบุโซนของการสัมผัสกับแสงเลเซอร์ดังต่อไปนี้: โซนของเนื้อร้ายแข็งตัว ซึ่งส่วนต่อพ่วงเป็นชั้นที่แคบและหลวม (“เป็นรูพรุน”) และส่วนกลางเป็นชั้นที่กว้างและกะทัดรัด และ บริเวณที่มีอาการบวมน้ำอักเสบ (รูปที่ 23) พบความผิดปกติของจุลภาคซึ่งเด่นชัดที่สุดเมื่อสัมผัสกับรังสีจากเลเซอร์ YAG-Nd และเลเซอร์อาร์กอน (สำหรับการห้ามเลือดของแผลในกระเพาะอาหารที่มีเลือดออกเฉียบพลัน) กระบวนการผ่าเนื้อเยื่อด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์จะมาพร้อมกับการแข็งตัวของเนื้อเยื่อตามแนวเส้นตัดอย่างเคร่งครัด เพื่อป้องกันความเสียหายต่อเนื้อเยื่อโดยรอบ ในบาดแผลด้วยเลเซอร์ ต่างจากบาดแผลจากต้นกำเนิดอื่นๆ โซนการเปลี่ยนแปลงจากเนื้อเยื่อที่แข็งตัวเป็นเนื้อเยื่อที่มีชีวิตจะแสดงออกมาได้ไม่ดีนักหรือขาดหายไปด้วยซ้ำ การฟื้นฟูในกรณีเหล่านี้ส่วนใหญ่เริ่มต้นในเซลล์ของโซนที่ไม่ได้รับความเสียหายจากรังสีเลเซอร์ เป็นที่ทราบกันดีว่าความเสียหายของเนื้อเยื่อนั้นมาพร้อมกับการปล่อยสารไกล่เกลี่ยการอักเสบ ในระยะหลังผู้ไกล่เกลี่ยพลาสมา (หมุนเวียน) มีความโดดเด่นเช่นเดียวกับผู้ไกล่เกลี่ยเซลล์ (ท้องถิ่น) ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของเซลล์จำนวนมาก - เซลล์เสา, เกล็ดเลือด, มาโครฟาจ, เซลล์เม็ดเลือดขาว, เม็ดเลือดขาวโพลีมอร์โฟนิวเคลียร์ ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาทของเม็ดเลือดขาวโพลีมอร์โฟนิวเคลียร์ ในกระบวนการของบาดแผลส่วนใหญ่จะอยู่ในการสลายตัวของเนื้อเยื่อที่ตายแล้วและการทำลายเซลล์ของจุลินทรีย์ ระดับการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ที่ลดลงจะทำให้ความรุนแรงของส่วนประกอบทั้งหมดของการอักเสบลดลง ในการตรวจสอบทางแบคทีเรียของวัสดุจากพื้นผิวของบาดแผลและเนื้อเยื่อ 1 กรัมในระหว่างการตัดออกของบาดแผลที่เป็นหนองและการตัดเนื้อร้ายโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ พบว่าผู้ป่วย 62 รายจาก 100 รายเป็นหมันโดยสมบูรณ์ และในกรณีอื่น ๆ มีการลดลงของ ปริมาณจุลินทรีย์ที่ต่ำกว่าระดับวิกฤต (10 5) การลดระดับการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในแผลด้วยเลเซอร์ ลักษณะการแข็งตัวของเนื้อร้ายจากความร้อนและการเกิดลิ่มเลือดอุดตันในหลอดเลือดในบริเวณเนื้อตายจะช่วยลดส่วนประกอบของสารหลั่งของการอักเสบ การปรากฏตัวของปฏิกิริยาเม็ดเลือดขาวที่แสดงออกอย่างอ่อนและบางครั้งก็ไม่มีเลยที่ขอบของแผลเลเซอร์ได้รับการยืนยันจากผลงานของนักวิจัยส่วนใหญ่ เนื้อเยื่อที่แข็งตัวไม่ใช่แหล่งที่มาของผู้ไกล่เกลี่ย vasoactive โดยเฉพาะอย่างยิ่งไคนินซึ่งมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวและการพัฒนาระยะ exudative ของปฏิกิริยาการอักเสบ ตามข้อมูลของ V.I. Eliseenko (1980-1985) บาดแผลด้วยเลเซอร์นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการแพร่กระจายขององค์ประกอบเซลล์ในระยะเริ่มต้นของซีรีย์มาโครฟาจและไฟโบรบลาสติกซึ่งกำหนดขั้นตอนของกระบวนการซ่อมแซมตามประเภทของการอักเสบที่มีประสิทธิผลปลอดเชื้อ การแพร่กระจายของมาโครฟาจและไฟโบรบลาสต์โดยเน้นไปที่การอักเสบที่มีประสิทธิผล เริ่มตั้งแต่วันแรกหลังจากได้รับรังสีเลเซอร์ เป็นผลมาจากเนื้อเยื่อแกรนูลที่กำลังพัฒนา อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่าการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์สามารถดำเนินการได้ตามปกติ ได้แก่ ระยะเม็ดเลือดขาวละลายของเนื้อเยื่อเนื้อตาย การรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์ ตามข้อมูลของ Yu. G. Parkhomenko (1979, 1983) ส่วนใหญ่เกิดขึ้นใต้สะเก็ดเลเซอร์ การเปลี่ยนแปลงของสะเก็ดเลเซอร์ประกอบด้วยการจัดเรียงและการสลายอย่างค่อยเป็นค่อยไป (ในอวัยวะเนื้อเยื่อ - ตับและตับอ่อน) หรือการปฏิเสธ (ในอวัยวะของระบบทางเดินอาหาร) เมื่อเนื้อเยื่อแกรนูลเติบโตเต็มที่ เซลล์ของระบบ phagocyte โมโนนิวเคลียร์ - แมคโครฟาจ - มีความสำคัญในกระบวนการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์ Macrophages ควบคุมการแยกความแตกต่างของแกรนูโลไซต์และโมโนไซต์จากสเต็มเซลล์ มีอิทธิพลต่อกิจกรรมการทำงานของ T- และ B-lymphocytes และยังมีส่วนร่วมในความร่วมมืออีกด้วย พวกมันหลั่งส่วนประกอบหกส่วนแรกออกมา ซึ่งเป็นสื่อกลางในการมีส่วนร่วมของระบบภูมิคุ้มกันในการตอบสนองต่อการอักเสบ Macrophages กระตุ้นให้เกิดบทบาทของไฟโบรบลาสต์และการสังเคราะห์คอลลาเจนเช่น เป็นตัวกระตุ้นระยะสุดท้ายของปฏิกิริยาการซ่อมแซม) ในระหว่างการอักเสบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสัมผัสของเซลล์ถูกค้นพบระหว่างแมคโครฟาจและไฟโบรบลาสต์ของเนื้อเยื่อแกรนูล สันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยาแมคโครฟาจที่รุนแรงและยาวนานในบาดแผลด้วยเลเซอร์ซึ่งสัมพันธ์กับการเก็บรักษาเนื้อเยื่อที่แข็งตัวในระยะยาวเป็นปัจจัยที่กระตุ้นกระบวนการสร้างคอลลาเจนอย่างแข็งขัน ตามข้อมูลของ V.I. (1982, 1985) บทบาทหน้าที่ของการแพร่กระจายของมาโครฟาจคือการ "ตั้งโปรแกรม" ตลอดกระบวนการรักษาแผลผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ปฏิกิริยาไฟโบรบลาสติกครองตำแหน่งผู้นำแห่งหนึ่งในกระบวนการสมานแผลด้วยเลเซอร์ตั้งแต่เนิ่นๆ ในบาดแผลด้วยเลเซอร์ ในช่วงระยะเวลาของการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อที่เป็นเม็ด (วันที่ 5-10) ความหนาแน่นสูงของไฟโบรบลาสต์จะถูกรวมเข้ากับการเพิ่มขึ้นอย่างมากในกิจกรรมของ NAD (NADP) -lipoamide dehydrogenase (diaphorase เก่า) ในเซลล์เหล่านี้ ซึ่งอาจสะท้อนถึงระดับพลังงานและกระบวนการสังเคราะห์ที่เพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง ต่อมากิจกรรมของเอนไซม์ของเซลล์เหล่านี้จะค่อยๆลดลงซึ่งบ่งบอกถึงการเจริญเติบโตเต็มที่ ในแผลเป็นจากเลเซอร์ที่กำลังพัฒนา มีการสะสมของไกลโคซามิโนไกลแคนของสารหลักของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันอย่างรวดเร็วและกระจาย ซึ่งบ่งชี้ถึงการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อเม็ด เป็นที่ทราบกันดีว่าหลังจากที่จำนวนไฟโบรบลาสต์เพิ่มขึ้นสูงสุดและการสุกเต็มที่แล้ว การสังเคราะห์เส้นใยคอลลาเจนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ในระหว่างกระบวนการรักษาบาดแผลผ่าตัดด้วยเลเซอร์ของระบบทางเดินอาหาร มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว ดังนั้นปฏิกิริยาของแมคโครฟาจการแพร่กระจายของไฟโบรบลาสต์และคอลลาเจนเจเนซิสจึงเกิดขึ้นเร็วมากและเด่นชัดมากขึ้นการแทรกซึมของเม็ดเลือดขาวที่เด่นชัดน้อยกว่าซึ่งการขาดหายไปทำให้มั่นใจได้ว่าการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์โดยความตั้งใจหลัก 7 กลไกของการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยเลเซอร์
เราควรพิจารณาธรรมชาติของกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์พลังงานต่ำในบริเวณสีแดงของสเปกตรัม ซึ่งส่วนใหญ่ได้มาจากการใช้เลเซอร์ฮีเลียมนีออน ผลประโยชน์ของรังสีนี้เกิดขึ้นในการทดลองกับวัตถุทางชีววิทยาต่างๆ ในยุค 70 มีความพยายามที่จะอธิบายปรากฏการณ์ของการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยเลเซอร์ด้วยคุณสมบัติพิเศษ ("สนามชีวภาพ", "ไบโอพลาสซึม") ซึ่งถูกกล่าวหาว่ามีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและให้ลักษณะเฉพาะของความสำคัญทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ ในปี 1979 มีการแนะนำว่าผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์พลังงานต่ำมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางธรรมชาติของการควบคุมแสงที่พบในสัตว์ พื้นฐานระดับโมเลกุลของระยะเริ่มแรกของกระบวนการดังกล่าวได้รับการศึกษาที่ดีกว่าในพืชซึ่งไม่เพียง แต่สร้างความเป็นจริงของการควบคุมแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลักษณะทางเคมีของไฟโตโครมซึ่งเป็นตัวรับแสงหลักตัวหนึ่งด้วย โครโมโปรตีนนี้มีอยู่ในสองรูปแบบ รูปแบบหนึ่งดูดซับแสงได้ประมาณ 660 นาโนเมตร และอีกรูปแบบหนึ่งดูดซับแสงได้ประมาณ 730 นาโนเมตร เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบเหล่านี้ภายใต้แสงสว่าง อัตราส่วนเชิงปริมาณจึงเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นในห่วงโซ่ของกระบวนการที่นำไปสู่การงอกของเมล็ด การแตกหน่อ การออกดอกของพืช และผลกระทบเชิงโครงสร้างอื่น ๆ ในท้ายที่สุด แม้ว่าจะไม่ต้องสงสัยเลยว่าในสัตว์นั้น กระบวนการควบคุมแสงเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น วงจรของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ หรือการจำกัดปฏิกิริยาการปรับตัวหลายอย่าง (การลอกคราบและการจำศีลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การอพยพของนก) ในช่วงเวลาหนึ่งของปี กลไกระดับโมเลกุลของพวกมัน ไม่ชัดเจน แนวคิดของการมีอยู่ของระบบควบคุมแสงในเซลล์สัตว์ซึ่งอาจชวนให้นึกถึงระบบไฟโตโครมของพืชแสดงให้เห็นว่ากิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ฮีเลียม - นีออนเป็นผลมาจากความบังเอิญง่าย ๆ ของลักษณะสเปกตรัมที่มีการดูดกลืนแสง ขอบเขตของส่วนประกอบของระบบนี้ ในกรณีนี้ คาดว่าแสงสีแดงสีเดียวจากแหล่งที่ไม่ต่อเนื่องกันจะมีประสิทธิผลทางชีวภาพเช่นกัน ในการทดสอบเชิงทดลองนี้และคำถามอื่นๆ จำเป็นต้องมีการทดสอบที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งให้ผลลัพธ์เชิงปริมาณ สามารถทำซ้ำได้สูง และวัดผลได้อย่างแม่นยำ การศึกษาเกี่ยวกับเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนส่วนใหญ่ดำเนินการกับสัตว์หรือผู้ป่วยโดยตรงภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ เมื่อเลือกระบบแบบจำลองที่เหมาะสม เราดำเนินการจากสองสถานที่: 1) เซลล์ที่พัฒนาหรืออยู่รอดในหลอดทดลองเป็นวัตถุทดสอบที่ค่อนข้างง่ายซึ่งช่วยให้สามารถบัญชีเงื่อนไขการสัมผัสและผลลัพธ์ได้อย่างแม่นยำ; 2) ปฏิกิริยาของเยื่อหุ้มเซลล์ผิวควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษซึ่งมีความไวสูงซึ่งก่อนหน้านี้ถูกสร้างขึ้นในการทดลองด้วยการแผ่รังสีสีแดงพลังงานต่ำจากเลเซอร์ทับทิม ในการศึกษาที่ดำเนินการโดย N. F. Gamaleya และคณะ ได้ทำการศึกษาผลของการแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนบนเยื่อหุ้มผิวของเซลล์เม็ดเลือดขาวที่แยกได้จากเลือดมนุษย์ เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการประเมินความสามารถของลิมโฟไซต์ในการสร้าง E-rosette ในการโต้ตอบกับเม็ดเลือดแดงของแกะ เป็นที่ยอมรับกันว่าที่ปริมาณรังสีต่ำ (ความหนาแน่นของพลังงาน 0.1-0.5 วัตต์/ตารางเมตร การเปิดรับแสง 15 วินาที) ซึ่งมีขนาดต่ำกว่าที่ใช้ในงานทางคลินิกด้วยเลเซอร์ฮีเลียมนีออนหนึ่งถึงครึ่ง เพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญทางสถิติในความสามารถในการสร้างดอกกุหลาบ (1.2-1.4 เท่า) ในเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ได้รับรังสีเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม ควบคู่ไปกับการเปลี่ยนแปลงของไซโตเมมเบรน กิจกรรมการทำงานของลิมโฟไซต์เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการแบ่งเพิ่มขึ้น 2-6 เท่า ซึ่งถูกกำหนดในปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงการระเบิดด้วยไฟโตเฮมักกลูตินิน [Novikov D.K., Novikova V.I., 1979] ประเมินโดยการสะสม ของ 3 เอ็น-ไทมิดีน ในการทดลองกับเม็ดเลือดขาวในเลือดของมนุษย์ พบว่าเมื่อสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนในปริมาณที่ต่ำเท่ากัน phagocytosis โดยเซลล์ E. coli (ทั้งการจับและการย่อยอาหาร) จะเพิ่มขึ้น 1.5-2 เท่า การแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนยังส่งผลต่อเซลล์อื่นๆ อีกด้วย ดังนั้นในการเพาะเลี้ยงเซลล์เนื้องอกของหนู (L) ความล่าช้าในการเจริญเติบโตในวันที่ 1 หลังจากการฉายรังสีจึงถูกแทนที่ด้วยความเร่งซึ่งสังเกตได้ชัดเจนโดยเฉพาะในวันที่ 3-4 เมื่อจำนวนเซลล์ที่แบ่งเป็น 2 เท่า ยิ่งใหญ่กว่าในการควบคุม ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียมนีออนที่มีความเข้มต่ำมากทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเยื่อหุ้มเซลล์ประเภทต่างๆ และกระตุ้นกิจกรรมการทำงานของเซลล์เหล่านั้น การเปลี่ยนแปลงของเมมเบรนไซโตพลาสซึมในเซลล์หนูแฮมสเตอร์จีนที่ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนก็ถูกเปิดเผยโดย A. K. Abdvakhitova และคณะ (1982) โดยใช้วิธีการตรวจวัดด้วยฟลูออเรสเซนต์ แม้ว่าปริมาณรังสีที่พวกเขาใช้จะมีขนาดสูงกว่าสองเท่าก็ตาม ใช้โดยพวกเรา สมมติฐานที่เสนอโดยศัลยแพทย์ชาวฮังการี E. Mester ร่วมกับกลุ่มนักฟิสิกส์พยายามที่จะอธิบายกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์โดยโพลาไรเซชันเพียงอย่างเดียว: เนื่องจากโพลาไรเซชันของรังสี จึงสามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไขมันที่มีขั้วใน ไขมัน bilayer ของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเซลล์ ตามแบบจำลองที่เสนอ ผลการกระตุ้นไม่ควรขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของรังสี อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการทดลองไม่ได้ยืนยันเรื่องนี้ ความสามารถในการทำซ้ำที่เชื่อถือได้ของเอฟเฟกต์การกระตุ้นทางชีวภาพทำให้สามารถดำเนินการต่อไปได้ และพยายามค้นหาว่าผลกระทบนี้เกิดจากการแผ่รังสีเลเซอร์เท่านั้น (ต่อเนื่องกัน โพลาไรซ์) หรือไม่ และขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างไร เพื่อจุดประสงค์นี้ ประเมินผลของแสงสีแดงเอกรงค์เดียว (633 ± 5 นาโนเมตร) ที่ได้รับจากหลอดไฟซีนอนโดยใช้โมโนโครมาเตอร์แบบเลี้ยวเบนต่อลิมโฟไซต์ในเลือดของมนุษย์ได้รับการประเมินโดยใช้การทดสอบการก่อตัวของดอกกุหลาบ พบว่าด้วยปริมาณแสงสีแดงที่ไม่ต่อเนื่องกันในปริมาณที่เทียบเคียงได้ (3 J/m 3) กระบวนการสร้างดอกกุหลาบจะถูกกระตุ้นในลักษณะเดียวกับเมื่อใช้เลเซอร์ฮีเลียม-นีออน ต่อไป เปรียบเทียบผลของแสงสีแดงกับผลของรังสีจากบริเวณสเปกตรัมแคบอื่นๆ ของบริเวณที่มองเห็นได้ ในกรณีนี้ กิจกรรมของแสงได้รับการประเมินโดยผลกระทบต่อกระบวนการสามกระบวนการ ได้แก่ การก่อตัวของ E-rosette โดยเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ การแพร่กระจายของเซลล์เพาะเลี้ยง L และการปล่อยสารที่มีการดูดซับสูงสุด 265 นาโนเมตรเข้าสู่ตัวกลาง โดยเซลล์เม็ดเลือดขาวของเมาส์ (การทดสอบครั้งสุดท้ายเป็นการพัฒนาผลลัพธ์ของการสังเกตและขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าจากเซลล์ที่ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ จะมีการปลดปล่อยปัจจัยทางเคมีบางอย่างที่มีแถบการดูดกลืนแสงในพื้นที่ 260-265 นาโนเมตรเพิ่มขึ้น) การทดลองแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นของกระบวนการทั้งสามนั้นสังเกตได้เมื่อฉายรังสีบางส่วนด้วยแสงสีเดียวและบริเวณสเปกตรัมเดียวกัน: สีแดง (633 นาโนเมตร) สีเขียว (500 และ 550 นาโนเมตร) และสีม่วง (415 นาโนเมตร) ดังนั้น การศึกษาที่ดำเนินการทำให้สามารถระบุการมีอยู่ของความไวแสงสูงในเซลล์ของมนุษย์และสัตว์ต่างๆ ได้ ซึ่งมากกว่าที่คาดไว้อย่างมากโดยพิจารณาจากผลลัพธ์ทางคลินิกของการรักษาด้วยเลเซอร์กระตุ้นทางชีวภาพ ความไวนี้ไม่ได้เกิดจากการเชื่อมโยงกันและโพลาไรเซชันของแสง และไม่ได้จำกัดอยู่เพียงบริเวณสีแดงของสเปกตรัม นอกจากค่าสูงสุดในภูมิภาคนี้ ยังมีอีกสองชนิด - ในบริเวณสีม่วงและสีเขียวของสเปกตรัม ด้วยการใช้แนวทางระเบียบวิธีที่แตกต่างกัน (การกำหนดความเข้มของการสังเคราะห์ DNA ในเซลล์เพาะเลี้ยง HeLa โดยการรวมไทมิดีนที่มีป้ายกำกับไว้) T. Y. Karu และคณะ (1982, 1983) ยังแสดงให้เห็นว่าผลการกระตุ้นทางชีวภาพไม่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงกันและโพลาไรซ์ของแสง . ในการทดลองด้วยการฉายรังสีเซลล์ด้วยแสงสีแดง พบว่ามีการกระตุ้นการสังเคราะห์ DNA สูงสุดที่ขนาด 100 J/m2 และผลจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางใดก็ได้ เมื่อเปรียบเทียบกัมมันตภาพรังสีในส่วนต่างๆ ของสเปกตรัม จะพบว่ามีค่าสูงสุด 3 ค่า คือ ใกล้ 400, 630 และ 760 นาโนเมตร สู่กลไกการกระตุ้นทางชีวภาพของแสง อาจเกี่ยวข้องกับการก่อตัวในเซลล์ที่ได้รับรังสีและการปลดปล่อยปัจจัยทางเคมีที่ตรวจพบในตัวกลางโดยจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงใกล้ 265 นาโนเมตร เพื่อชี้แจงธรรมชาติของปัจจัยนี้ จึงได้ดำเนินการโครมาโตกราฟีแบบกระดาษและอะกาโรสเจลอิเล็กโตรโฟรีซิสด้วยการแสดงภาพโซนด้วยเอทิเดียมโบรไมด์ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับ DNA ที่มีเกลียวคู่ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลในวัสดุที่หลั่งออกมาจากเซลล์ได้ โครงสร้างเกลียวคู่ของ DNA ได้รับการยืนยันโดยการปรากฏตัวของเอฟเฟกต์ไฮเปอร์โครมิกเมื่อถูกความร้อน ข้อมูลที่ให้ไว้ในวรรณกรรมเกี่ยวกับความสามารถของกรดนิวคลีอิกในการเร่งการฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่เสียหาย [Belous A. M. et al., 1974] ยืนยันความเกี่ยวข้องที่เป็นไปได้ของปัจจัย DNA ที่หลั่งออกมาจากเซลล์ในการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ การทดลองได้ดำเนินการกับเซลล์ L line ซึ่งบางส่วนถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน และอีกส่วนหนึ่งซึ่งไม่ได้รับการฉายรังสี อย่างไรก็ตาม ถูกวางไว้ในตัวกลางที่นำมาจากเซลล์ที่ถูกฉายรังสีและ จึงมีปัจจัยดีเอ็นเอ การกำหนดอัตราการเจริญเติบโต (กิจกรรมไมโทติค) ของเซลล์แสดงให้เห็นว่าในทั้งสองกลุ่มการพัฒนาเซลล์ถูกกระตุ้นอย่างเท่าเทียมกันเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม นอกจากนี้ การทำลาย DNA ในตัวกลางที่นำมาจากเซลล์ที่ถูกฉายรังสีโดยใช้เอนไซม์ DNase ทำให้ตัวกลางของกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพลดลง . DNase เองแทบไม่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของเซลล์ ดังนั้นเราสามารถคิดได้ว่าเมื่อทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (ตัวอย่างเช่นในระหว่างการรักษาด้วยเลเซอร์สำหรับแผลในกระเพาะอาหาร) การฉายรังสีของเซลล์ในบริเวณรอบนอกของการโฟกัสทางพยาธิวิทยาจะนำไปสู่การปลดปล่อยปัจจัย DNA ซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโต ขององค์ประกอบไฟโบรบลาสติกในเนื้อเยื่อรอบแผล จึงเร่งการสมานแผล อย่างไรก็ตาม ข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถหาได้จากการทดลองในสัตว์เท่านั้น ดังนั้น ข้อมูลที่นำเสนอจึงแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้เลเซอร์ (หรือแม้แต่การกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง) เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษา และระบุแนวทางในการพัฒนาวิธีนี้ต่อไป ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญทางพฤกษศาสตร์ที่กว้างขึ้น ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่มีการสร้างความไวแสงจำเพาะของเซลล์ที่ไม่ใช่จอประสาทตา (ไม่ใช่การมองเห็น) ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งมีคุณลักษณะหลายประการที่ถูกสร้างขึ้น ความไวนี้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมและสูงมาก: ความหนาแน่นของพลังงานที่เราใช้ซึ่งเท่ากับหนึ่งในสิบของวัตต์ต่อตารางเมตร เทียบได้กับความหนาแน่นของพลังงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับระบบควบคุมแสงของพืช ตามที่กำหนดโดยใช้การทดสอบการแยกปัจจัย DNA ในมนุษย์ เซลล์มีความไวแสงดังกล่าวและสัตว์ในสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่นำมาจากเนื้อเยื่อและอวัยวะ: หนู สุนัข และเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ เซลล์ตับของหนู เซลล์จากการเพาะเลี้ยงที่ได้รับจากไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์ ไตของหนูแฮมสเตอร์ และไฟโบรบลาสต์ของหนูตัวร้าย ข้อเท็จจริงทั้งหมดนี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีระบบการรับรู้แสงแบบพิเศษ ซึ่งอาจคล้ายกับระบบไฟโตโครมของพืช และยังทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของระบบไวแสงสมมุติของสัตว์ที่มีระบบควบคุมไฟโตโครมนั้นเห็นได้จากการเปรียบเทียบคุณสมบัติหลัก นอกจากความไวแสงสูงแล้ว ระบบไฟโตโครมยังมีลักษณะการออกฤทธิ์ขนาดต่ำ (ทริกเกอร์) ซึ่งทำให้ สิ่งหนึ่งที่จำได้และบางทีอาจอธิบายความแปรปรวนของปริมาณมาก (โดยมีความแตกต่างสองขนาดของขนาด) ซึ่งแพทย์ใช้สำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ การผันของระบบไฟโตโครม (รวมถึงผลกระทบที่เราอธิบายไว้) กับเยื่อหุ้มเซลล์ ผู้เขียนหลายคนกล่าวว่าการควบคุมระบบไฟโตโครมในการสังเคราะห์ DNA, RNA และโปรตีนซึ่งก่อตัวในเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน หากเซลล์สัตว์มีระบบไวแสงแบบพิเศษจริง ๆ จากนั้นใช้การทดลองเพื่อกำหนดสเปกตรัมของการกระทำ (การขึ้นอยู่กับขนาดของปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อความยาวคลื่น) เราสามารถลองสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสง (และจากอัตลักษณ์ทางเคมี) ของสารประกอบที่เป็นตัวรับแสงหลักและกระตุ้นให้เกิดกระบวนการต่อเนื่องที่นำไปสู่ผลกระทบต่อการควบคุมแสงในที่สุด อย่างไรก็ตาม ความสอดคล้องระหว่างสเปกตรัมการกระทำและสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของตัวรับแสงนั้นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขด้านระเบียบวิธีจำนวนหนึ่งเมื่อตั้งค่าการทดลอง ซึ่งในทางปฏิบัติถือเป็นงานที่ยากมาก อย่างไรก็ตาม เราอดไม่ได้ที่จะให้ความสนใจกับความคล้ายคลึงกันของเส้นโค้งทั้งสามที่แสดงลักษณะการพึ่งพาสเปกตรัมของผลกระทบทางชีวภาพต่างๆ ที่เราทดสอบด้วยสเปกตรัมการดูดซึมโดยทั่วไปของสารประกอบพอร์ไฟริน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าตัวรับแสงในระบบสมมุติฐานของการควบคุมแสงของเซลล์สัตว์นั้นเป็นสารประกอบบางชนิดจากกลุ่มของพอร์ไฟรินซึ่งดังที่ทราบกันดีว่าเป็นส่วนสำคัญขององค์ประกอบทางชีวเคมีที่สำคัญหลายอย่างของร่างกายสัตว์ - เฮโมโกลบิน, ไซโตโครม, ตัวเลข ของเอนไซม์ ฯลฯ S. M. Zubkova (1978) แนะนำว่าผลทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนสัมพันธ์กับการดูดซับโดยตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่มีพอร์ไฟริน ซึ่งมีการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ ~ 628 นาโนเมตร การฉายรังสีของเซลล์บริเวณรอบนอกของการโฟกัสทางพยาธิวิทยานำไปสู่การปล่อยปัจจัย DNA ซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโตขององค์ประกอบไฟโบรบลาสติกในเนื้อเยื่อรอบ ๆ แผลซึ่งจะช่วยเร่งการรักษา อย่างไรก็ตาม ข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถหาได้จากการทดลองในสัตว์เท่านั้น ดังนั้น ข้อมูลที่นำเสนอจึงแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้เลเซอร์ (หรือแม้แต่การกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง) เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษา และระบุแนวทางในการพัฒนาวิธีนี้ต่อไป ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญทางพฤกษศาสตร์ที่กว้างขึ้น ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่มีการสร้างความไวแสงจำเพาะของเซลล์ที่ไม่ใช่จอประสาทตา (ไม่ใช่การมองเห็น) ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งมีคุณลักษณะหลายประการที่ถูกสร้างขึ้น ความไวนี้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมและสูงมาก: ความหนาแน่นของพลังงานที่ใช้ซึ่งเท่ากับหนึ่งในสิบของวัตต์ต่อตารางเมตร เทียบได้กับความหนาแน่นของพลังงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับระบบควบคุมด้วยแสงของพืช ตามที่ก่อตั้งขึ้นโดยใช้การทดสอบการแยกปัจจัย DNA เซลล์ของมนุษย์และสัตว์ในสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน ที่นำมาจากเนื้อเยื่อและอวัยวะ มีความไวแสงดังกล่าว: หนู สุนัข และเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ เซลล์ตับของหนู เซลล์จากการเพาะเลี้ยงที่ได้รับจากไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์ ไตของหนูแฮมสเตอร์ และ ไฟโบรบลาสต์ของเมาส์ที่เป็นมะเร็ง ข้อเท็จจริงทั้งหมดนี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีระบบการรับรู้แสงแบบพิเศษ ซึ่งอาจคล้ายกับระบบไฟโตโครมของพืช และยังทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของระบบไวแสงสมมุติของสัตว์กับระบบควบคุมไฟโตโครมนั้นแสดงให้เห็นได้จากการเปรียบเทียบคุณสมบัติหลักของพวกเขา นอกเหนือจากความไวแสงสูงแล้ว ระบบไฟโตโครมยังมีลักษณะพิเศษโดยธรรมชาติของการออกฤทธิ์โดยใช้ขนาดยาต่ำ (ทริกเกอร์) ซึ่งทำให้เราจดจำและอาจอธิบายความแปรปรวนของขนาดยาได้มาก (โดยมีความแตกต่างกันของขนาด 2 เท่า) ที่แพทย์ใช้ สำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ การผันของระบบไฟโตโครม (รวมถึงผลกระทบที่เราอธิบายไว้) กับเยื่อหุ้มเซลล์ ผู้เขียนหลายคนกล่าวว่าการควบคุมระบบไฟโตโครมในการสังเคราะห์ DNA, RNA และโปรตีนซึ่งก่อตัวในเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน หากเซลล์สัตว์มีระบบไวแสงแบบพิเศษจริง ๆ จากนั้นใช้การทดลองเพื่อกำหนดสเปกตรัมของการกระทำ (การขึ้นอยู่กับขนาดของปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อความยาวคลื่น) เราสามารถลองสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสง (และจากอัตลักษณ์ทางเคมี) ของสารประกอบที่เป็นตัวรับแสงหลักและก่อให้เกิดห่วงโซ่ของกระบวนการซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่ผลกระทบจากการควบคุมแสง อย่างไรก็ตาม ความสอดคล้องระหว่างสเปกตรัมการกระทำและสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของตัวรับแสงนั้นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อทำการทดลองตามเงื่อนไขหลายประการเท่านั้น ซึ่งในทางปฏิบัติถือเป็นงานที่ยากมาก ข้อมูลอ้างอิงที่ใช้ 1. A. N. REMIZOV “ ฟิสิกส์การแพทย์และชีววิทยา” 2. “เลเซอร์ในการผ่าตัด” เรียบเรียงโดยศาสตราจารย์ ตกลง. สโคเบลกินา 3. “เลเซอร์ในการแพทย์คลินิก” เรียบเรียงโดย S. D. PLETNEV
การมองเห็นยารักษาโรคตาด้วยเลเซอร์
เลเซอร์ที่ใช้ในทางการแพทย์
จากมุมมองเชิงปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เลเซอร์ถูกจำแนกตามประเภทของวัสดุออกฤทธิ์ วิธีการจ่ายพลังงาน ความยาวคลื่น และกำลังของรังสีที่สร้างขึ้น
สารออกฤทธิ์อาจเป็นก๊าซ ของเหลว หรือของแข็งก็ได้ รูปแบบของสื่อที่ใช้งานอาจแตกต่างกัน ส่วนใหญ่แล้ว เลเซอร์แก๊สจะใช้กระบอกแก้วหรือโลหะที่บรรจุก๊าซตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป สถานการณ์จะใกล้เคียงกันโดยประมาณกับตัวกลางแอคทีฟที่เป็นของเหลว แม้ว่ามักจะพบคิวเวตต์ทรงสี่เหลี่ยมที่ทำจากแก้วหรือควอตซ์ก็ตาม เลเซอร์เหลวเป็นเลเซอร์ที่ตัวกลางแอคทีฟคือสารละลายของสารประกอบสีย้อมอินทรีย์บางชนิดในตัวทำละลายของเหลว (น้ำ เอทิล หรือเมทิลแอลกอฮอล์ ฯลฯ)
ในเลเซอร์แก๊ส ตัวกลางที่ทำงานอยู่คือก๊าซต่างๆ สารผสมหรือคู่ของโลหะ เลเซอร์เหล่านี้แบ่งออกเป็นการปล่อยก๊าซ ก๊าซไดนามิก และเคมี ในเลเซอร์ปล่อยก๊าซ การกระตุ้นจะดำเนินการโดยการปล่อยไฟฟ้าในก๊าซ ในเลเซอร์ไดนามิกของก๊าซ การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจะใช้ในระหว่างการขยายตัวของส่วนผสมก๊าซที่ได้รับความร้อน และในเลเซอร์เคมี ตัวกลางที่ทำงานอยู่จะตื่นเต้นเนื่องจาก พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมีของส่วนประกอบของตัวกลาง ช่วงสเปกตรัมของเลเซอร์แก๊สนั้นกว้างกว่าเลเซอร์ประเภทอื่นทั้งหมดมาก ครอบคลุมพื้นที่ตั้งแต่ 150 นาโนเมตรถึง 600 ไมโครเมตร
เลเซอร์เหล่านี้มีความเสถียรของพารามิเตอร์การแผ่รังสีสูงเมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ประเภทอื่น
เลเซอร์โซลิดสเตตมีตัวกลางที่ทำงานอยู่ในรูปแบบของแท่งทรงกระบอกหรือสี่เหลี่ยม แท่งดังกล่าวส่วนใหญ่มักเป็นคริสตัลสังเคราะห์พิเศษเช่นทับทิม, อเล็กซานไดรต์, โกเมนหรือแก้วที่มีสิ่งเจือปนขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องเช่นเออร์เบียม, โฮลเมียม, นีโอไดเมียม เลเซอร์ทำงานชิ้นแรกทำงานกับคริสตัลทับทิม
เซมิคอนดักเตอร์ยังเป็นวัสดุแอคทีฟประเภทโซลิดสเตตอีกด้วย เมื่อเร็ว ๆ นี้ เนื่องจากขนาดที่เล็กและความคุ้มค่า อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ดังนั้นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จึงจัดเป็นกลุ่มแยกต่างหาก
ดังนั้นตามประเภทของวัสดุที่ใช้งานอยู่เลเซอร์ประเภทต่อไปนี้จึงมีความโดดเด่น:
แก๊ส;
ของเหลว;
บนร่างกายแข็ง (โซลิดสเตต);
เซมิคอนดักเตอร์
ประเภทของวัสดุออกฤทธิ์จะกำหนดความยาวคลื่นของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้น องค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันในเมทริกซ์ที่แตกต่างกันทำให้สามารถแยกแยะเลเซอร์ได้มากกว่า 6,000 ชนิดในปัจจุบัน พวกมันสร้างรังสีจากบริเวณที่เรียกว่าอัลตราไวโอเลตสุญญากาศ (157 นาโนเมตร) รวมถึงบริเวณที่มองเห็นได้ (385-760 นาโนเมตร) จนถึงช่วงอินฟราเรดไกล (> 300 µm) แนวคิดเรื่อง "เลเซอร์" มากขึ้น ซึ่งเริ่มแรกกำหนดไว้สำหรับบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ก็ถูกถ่ายโอนไปยังบริเวณอื่นๆ ของสเปกตรัมเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน
ตารางที่ 1 - เลเซอร์ที่ใช้ในการแพทย์
|
ประเภทเลเซอร์ |
สถานะทางกายภาพของสารออกฤทธิ์ |
ความยาวคลื่น นาโนเมตร |
ช่วงการปล่อย |
|
อินฟราเรด |
|||
|
YAG:เอ้อ YSGG:เออร์ YAG:โฮ YAG:Nd |
แข็ง |
2940 2790 2140 1064/1320 |
อินฟราเรด |
|
สารกึ่งตัวนำ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ |
ของแข็ง (เซมิคอนดักเตอร์) |
จากที่มองเห็นไปจนถึงอินฟราเรด |
|
|
ทับทิม |
แข็ง |
||
|
ฮีเลียมนีออน (He-Ne) |
เขียว แดงสด อินฟราเรด |
||
|
บนสีย้อม |
ของเหลว |
350-950 (ปรับได้) |
อัลตราไวโอเลต - อินฟราเรด |
|
บนไอทอง |
|||
|
บนไอทองแดง |
เขียว/เหลือง |
||
|
อาร์กอน |
สีฟ้าสีเขียว |
||
|
ผู้ส่งสาร: ArF KrF XeCI XeF |
อัลตราไวโอเลต |
ตัวอย่างเช่น สำหรับรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าอินฟราเรด จะใช้แนวคิดของ "เลเซอร์เอ็กซ์เรย์" และสำหรับการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าอัลตราไวโอเลต จะใช้แนวคิด "เลเซอร์ที่สร้างคลื่นมิลลิเมตร"
เลเซอร์แก๊สใช้ก๊าซหรือส่วนผสมของก๊าซในหลอด เลเซอร์แก๊สส่วนใหญ่ใช้ส่วนผสมของฮีเลียมและนีออน (HeNe) โดยมีสัญญาณเอาท์พุตหลักที่ 632.8 นาโนเมตร (nm = 10~9 ม.) สีแดงที่มองเห็นได้ เลเซอร์นี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในปี 1961 และกลายเป็นบรรพบุรุษของเลเซอร์แก๊สในตระกูลทั้งหมด เลเซอร์แก๊สทั้งหมดมีการออกแบบและคุณสมบัติค่อนข้างคล้ายกัน
ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ก๊าซ CO2 ปล่อยความยาวคลื่น 10.6 ไมครอนในย่านอินฟราเรดไกลของสเปกตรัม เลเซอร์ก๊าซอาร์กอนและคริปทอนทำงานที่ความถี่หลายความถี่ โดยเปล่งแสงส่วนใหญ่ในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ความยาวคลื่นหลักของการแผ่รังสีเลเซอร์อาร์กอนคือ 488 และ 514 นาโนเมตร
เลเซอร์โซลิดสเตตใช้วัสดุเลเซอร์ที่กระจายอยู่ในเมทริกซ์ที่เป็นของแข็ง ตัวอย่างหนึ่งคือเลเซอร์นีโอไดเมียม (เคียว) คำว่า YAG เป็นตัวย่อของคริสตัล -- อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน -- ซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะของไอออนนีโอไดเมียม เลเซอร์นี้ปล่อยลำแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 1.064 ไมครอน อุปกรณ์เสริมซึ่งอาจเป็นได้ทั้งภายในหรือภายนอกตัวสะท้อนเสียง สามารถใช้เพื่อแปลงลำแสงเอาท์พุตให้เป็นช่วงที่มองเห็นได้หรือช่วงอัลตราไวโอเลต ผลึกต่างๆ ที่มีความเข้มข้นของไอออนกระตุ้นต่างกันสามารถใช้เป็นตัวกลางเลเซอร์ได้: เออร์เบียม (Er3+), โฮลเมียม (Ho3+), ทูเลียม (Tm3+)
จากการจำแนกประเภทนี้เราจะเลือกเลเซอร์ที่เหมาะสมและปลอดภัยที่สุดสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เลเซอร์แก๊สที่รู้จักกันดีซึ่งใช้ในทางทันตกรรม ได้แก่ เลเซอร์ CO2 และเลเซอร์ He-Ne (เลเซอร์ฮีเลียม-นีออน) เครื่องส่งก๊าซและเลเซอร์อาร์กอนก็เป็นที่สนใจเช่นกัน ในบรรดาเลเซอร์โซลิดสเตต เลเซอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในทางการแพทย์คือ YAG:Er laser ซึ่งมีเออร์เบียมแอคทีฟเซ็นเตอร์อยู่ในคริสตัล ผู้คนหันมาใช้เลเซอร์ YAG:Ho มากขึ้นเรื่อยๆ (ที่มีศูนย์โฮลเมียม) เลเซอร์ทั้งก๊าซและเซมิคอนดักเตอร์กลุ่มใหญ่ใช้สำหรับการวินิจฉัยและการรักษา ปัจจุบัน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มากกว่า 200 ชนิดถูกใช้เป็นสื่อแอคทีฟในการผลิตเลเซอร์
ตารางที่ 2 - ลักษณะของเลเซอร์ต่างๆ
เลเซอร์สามารถจำแนกตามประเภทของแหล่งจ่ายไฟและโหมดการทำงาน ที่นี่อุปกรณ์ของการกระทำแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์มีความโดดเด่น เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องจะผลิตรังสีซึ่งมีกำลังเอาต์พุตวัดเป็นวัตต์หรือมิลลิวัตต์
ในกรณีนี้ ระดับของผลกระทบด้านพลังงานต่อเนื้อเยื่อชีวภาพมีลักษณะดังนี้:
ความหนาแน่นของกำลังคืออัตราส่วนของกำลังการแผ่รังสีต่อพื้นที่หน้าตัดของลำแสงเลเซอร์ p = P/s]
หน่วยการวัดในการรักษาด้วยเลเซอร์ - [W/cm 2 ], [mW/cm 2 ];
ปริมาณรังสี P เท่ากับอัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ของพลังงานรังสี [P และเวลาการฉายรังสีต่อพื้นที่หน้าตัดของลำแสงเลเซอร์ แสดงเป็น [W * s/cm2];
พลังงาน [E= Рt] เป็นผลคูณของกำลังและเวลา หน่วยวัดคือ [J] เช่น [W ส].
ในแง่ของพลังงานรังสี (ต่อเนื่องหรือเฉลี่ย) เลเซอร์ทางการแพทย์แบ่งออกเป็น:
เลเซอร์กำลังต่ำ: ตั้งแต่ 1 ถึง 5 mW;
เลเซอร์กำลังปานกลาง: ตั้งแต่ 6 ถึง 500 mW;
เลเซอร์กำลังสูง (ความเข้มสูง): มากกว่า 500 mW เลเซอร์ที่มีกำลังต่ำและปานกลางอยู่ในกลุ่มของเลเซอร์ที่เรียกว่า biostimulating laser (ความเข้มต่ำ) เลเซอร์กระตุ้นทางชีวภาพกำลังค้นหาการใช้ในการรักษาและการวินิจฉัยที่เพิ่มขึ้นในยาเชิงทดลองและทางคลินิก
จากมุมมองของโหมดการทำงาน เลเซอร์แบ่งออกเป็น:
โหมดการแผ่รังสีต่อเนื่อง (เลเซอร์แก๊สคลื่น);
โหมดการแผ่รังสีแบบผสม (เลเซอร์โซลิดสเตตและเซมิคอนดักเตอร์);
โหมด Q-switched (ใช้ได้กับเลเซอร์ทุกประเภท)
คำ เลเซอร์ (การขยายแสงโดยการปล่อยแสงกระตุ้น) แปลจากภาษาอังกฤษว่า ขยายแสงโดยการกระตุ้นการแผ่รังสี- ไอน์สไตน์อธิบายการกระทำของเลเซอร์ไว้ในปี 1917 แต่เลเซอร์ที่ใช้งานได้ชิ้นแรกถูกสร้างขึ้นเพียง 43 ปีต่อมาโดย Theodor Maiman ซึ่งทำงานที่ Hugres Aircraft ในการผลิตพัลส์รังสีเลเซอร์ในระดับมิลลิวินาที เขาใช้คริสตัลทับทิมเทียมเป็นตัวกลางที่แอคทีฟ ความยาวคลื่นของเลเซอร์นั้นคือ 694 นาโนเมตร หลังจากนั้นระยะหนึ่ง ก็ได้ลองใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 1,060 นาโนเมตร ซึ่งเป็นบริเวณอินฟราเรดใกล้ของสเปกตรัม ตัวกลางที่ทำงานอยู่ในเลเซอร์นี้คือแท่งแก้วที่เจือด้วยนีโอไดเมียม
แต่เลเซอร์ไม่ได้มีประโยชน์อะไรในเวลานั้น นักฟิสิกส์ชั้นนำมองหาจุดประสงค์ในกิจกรรมของมนุษย์ในด้านต่างๆ การทดลองครั้งแรกด้วยเลเซอร์ในทางการแพทย์ไม่ประสบความสำเร็จอย่างสิ้นเชิง การแผ่รังสีเลเซอร์ที่คลื่นเหล่านั้นถูกดูดซับได้ไม่ดีนัก ยังไม่สามารถควบคุมพลังงานได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตามในยุค 60 เลเซอร์ทับทิมสีแดงมีผลดีในด้านจักษุวิทยา
ประวัติความเป็นมาของการใช้เลเซอร์ในทางการแพทย์
ในปี 1964 เลเซอร์อาร์กอนไอออนได้รับการพัฒนาและทดสอบ เป็นเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่มีสเปกตรัมสีน้ำเงินเขียวและมีความยาวคลื่น 488 นาโนเมตร นี่คือเลเซอร์แก๊สและควบคุมพลังงานได้ง่ายกว่า เฮโมโกลบินดูดซับรังสีได้ดี หลังจากนั้นไม่นาน ระบบเลเซอร์ที่ใช้เลเซอร์อาร์กอนก็เริ่มปรากฏขึ้น ซึ่งช่วยในการรักษาโรคของจอตา
ในปีเดียวกันนั้นเอง ในปี 64 เลเซอร์ที่ใช้อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมนเจือด้วยนีโอไดเมียม () และได้รับการพัฒนาที่ห้องปฏิบัติการเบลล์ CO2 คือเลเซอร์แก๊สที่มีการแผ่รังสีต่อเนื่องโดยมีความยาวคลื่น 1,060 นาโนเมตร น้ำดูดซับรังสีได้ดีมาก และเนื่องจากเนื้อเยื่ออ่อนในมนุษย์ประกอบด้วยน้ำเป็นส่วนใหญ่ เลเซอร์ CO2 จึงกลายเป็นทางเลือกที่ดีแทนมีดผ่าตัดแบบเดิม การใช้เลเซอร์นี้ตัดเนื้อเยื่อ การสูญเสียเลือดจึงลดลง ในช่วงทศวรรษที่ 70 เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์มีการใช้อย่างแพร่หลายในโรงพยาบาลสถาบันในสหรัฐอเมริกา ขอบเขตการใช้งานในขณะนั้นสำหรับมีดผ่าตัดด้วยเลเซอร์: นรีเวชวิทยาและโสตศอนาสิกวิทยา
พ.ศ. 2512 เป็นปีที่เลเซอร์ย้อมแบบพัลซิ่งตัวแรกได้รับการพัฒนา และในปี พ.ศ. 2518 เลเซอร์เอ็กไซเมอร์ตัวแรกก็ปรากฏขึ้น ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เลเซอร์ก็ได้ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันและถูกนำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ
เลเซอร์ในทางการแพทย์เริ่มแพร่หลายในช่วงทศวรรษที่ 80 ในโรงพยาบาลและคลินิกในสหรัฐอเมริกา จากนั้นส่วนใหญ่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์และเลเซอร์อาร์กอน และใช้ในการผ่าตัดและจักษุวิทยา ข้อเสียประการหนึ่งของเลเซอร์ในยุคนั้นคือมีการแผ่รังสีอย่างต่อเนื่องอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้ไม่รวมความเป็นไปได้ของการทำงานที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายจากความร้อนต่อเนื้อเยื่อรอบบริเวณที่ทำการรักษา การใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ให้ประสบความสำเร็จในเวลานั้นต้องอาศัยประสบการณ์การทำงานมหาศาล
ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์สำหรับการแพทย์คือการประดิษฐ์พัลซิ่งเลเซอร์ เลเซอร์นี้ทำให้สามารถดำเนินการเฉพาะบริเวณที่มีปัญหาได้ โดยไม่ทำลายเนื้อเยื่อโดยรอบ และในยุค 80 สิ่งแรกก็ปรากฏขึ้น นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการใช้เลเซอร์ในด้านความงาม ระบบเลเซอร์ดังกล่าวสามารถกำจัด hemangiomas ของเส้นเลือดฝอยและปานได้ หลังจากนั้นไม่นาน เลเซอร์ที่มีความสามารถก็ปรากฏขึ้น เหล่านี้คือเลเซอร์สวิตช์ Q (LSER สวิตช์ Q)
ในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 เทคโนโลยีการสแกนได้รับการพัฒนาและแนะนำ ขณะนี้ความแม่นยำของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ได้รับการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ และเป็นไปได้ที่จะดำเนินการผลัดผิวด้วยเลเซอร์ () ซึ่งเพิ่มความนิยมอย่างมากของ และ
ปัจจุบันขอบเขตของเลเซอร์ในทางการแพทย์นั้นกว้างมาก เหล่านี้ ได้แก่ ศัลยกรรม จักษุวิทยา ทันตกรรม ศัลยกรรมประสาท วิทยาความงาม ระบบทางเดินปัสสาวะ นรีเวชวิทยา โรคหัวใจ ฯลฯ คุณคงจินตนาการได้ว่าครั้งหนึ่งเลเซอร์ก็เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับมีดผ่าตัด แต่ปัจจุบันเลเซอร์สามารถนำมาใช้เพื่อกำจัดเซลล์มะเร็ง ผ่าตัดอวัยวะต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ และวินิจฉัยโรคร้ายแรงได้ในระยะแรกๆ เช่น มะเร็ง ขณะนี้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการแพทย์กำลังมุ่งสู่การพัฒนาวิธีการรักษาแบบผสมผสาน เมื่อใช้ร่วมกับการรักษาด้วยเลเซอร์ กายภาพบำบัด การใช้ยา และอัลตราซาวนด์ ตัวอย่างเช่นในการรักษาโรคที่เป็นหนองได้มีการพัฒนาชุดมาตรการซึ่งรวมถึงการรักษาด้วยเลเซอร์การใช้สารต้านอนุมูลอิสระและวัสดุออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ
เทคโนโลยีเลเซอร์และการแพทย์จะต้องจับมือกันไปสู่อนาคต แม้กระทั่งทุกวันนี้ การพัฒนาล่าสุดในการรักษาด้วยเลเซอร์ยังช่วยในการกำจัดเนื้องอกที่เป็นมะเร็ง และใช้ในการแก้ไขร่างกายในด้านความงาม และการแก้ไขการมองเห็นในจักษุวิทยา การผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด เมื่อการผ่าตัดที่ซับซ้อนมากทำได้โดยใช้เลเซอร์
ข้อมูลเพิ่มเติม: