Хотя в принципе лазерные технологии сами по себе не являются столь уж новыми в медицине, однако появление устройств с новой длиной вол­ны, современных аппаратов и инструментария прин­ципиально изменило роль лазеров в хирургии и отно­шение к ним.

, незнакомый с лазерными тех­нологиями, вскоре не сможет конкурировав с теми, кто имеет определенные знания и опыт в этой области. Хирургия представляет собой идеаль­ную почву для внедрения новых технологий, кото­рые позволяют осуществлять различные процедуры и вмешательства без специальных приспособлений, с минимумом дискомфорта для пациента, а также умень­шить длительность пребывания в стационаре.

Мы, конечно же, чрезвы­чайно должны быть обязаны Бору за идею оптических резонаторов, Эйнштейну - за идею стимулирован­ного (вынужденного, индуцированного) излучения и ряду других исследователей за все концепции в физике, которые сделали возможным развитие лазеров. Термин лазер представляет собой аббревиатуру, со­ставленную из первых букв следующих слов и значений: light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света индуцированным излучением. Концепция ин­дуцированного излучении может быть достаточно просто проиллюстрирована возможностью визуализа­ции единицы знергии (тепловой, электрической), поглощенной атомом, молекулой или ионом лазерной среды, которая может быть представ­лена жидкостью или солидным веществом в их основном состоянии. Атом, молекула или ион перехо­дят затем на более высокий энергетический уровень.

Лазерный луч обладает тремя уникальными свойст­вами: он имеет определен­ное направление с малым отклонением, когерент­ностью, что означает, что каждая волна определен ной длины распространяется в одной фазе со всеми другими волнами, и монохроматичностью. Лазер­ный луч может быть сфокусирован системой линз или, поскольку лазерный луч принадлежит к спектру коротких длин волн, то он может распространяться волоконной оптикой, достигая отдаленных объектов с минимальной потерей энергии.

Большинство медицинских лазеров на сегодняш­ний день используют электричество как основной и изначальный источник энергии. Поскольку они гене­рируют очень много тепла в процессе образования ла­зерной энергии, то при их использовании должен применяться охлаждающий механизм, с помощью воздуха или воды Таким образом, за небольшим исключением (преимущественно небольшие СО, ла­зеры) большинство лазеров в настоящее время достаточно громоздки и требуют специальных контактов и соединений с электрической и водопроводной систе­мой.

Некоторые лазеры, становясь очень популярными, используются в настоящее время в сочетании с нако­нечниками, что позволяет достичь специ­фического хирургического эффекта при контакте с тканями. По существу энергия лазера накаливает наконечник, который затем действует, благодаря ге­нерированному теплу. Многие современные лазеры, могут пе­редавать свою энергию через тонкие гибкие кварцевые волокна, эти волокна способны проходить через просветы даже самых маленьких эндоскопов делают такие лазеры идеально подходящими для применения в хирургии.

Использование лазерных технологий при хирургических вмешательствах обладает существенными преимуществами перед другими традиционными методами .

Одной из областей, где прежде всего в медицине стал применяться лазер, были различные виды сосудистых аномалий кожи и подкожных тканей, бородавки . Также лазер используется для фотоомоложения, безоперационной липосакции. Особенно часто лечат лазерными технологиями сосудистые аномалии: винные пятна, звездчатые ангиомы, телеангиэктазии, пиогенные грануломы, ангиокератомы, пятна цвета кофе с молоком, . Винные пятна различной окраски могут быть успешно излечены или по крайней мере значительно уменьшены. В большинстве таких случаев получают хороший эффект при отсутствии осложнений и неблагоприят­ных побочных реакций.

Кожные ангиомы в области лица, сочетающиеся с туберозным склерозом, также хорошо отвечают на лазеротерапию и, в противоположность большим гемангномам, требующим неоднократного при­менения лазера, при этих маленьких ангиомах обычно достаточно бывает одного сеанса.

При лечении поверхностных кожных поражений терапию начинают лазером относитель­но небольшой мощности. Пациенты испытывают минимальный дискомфорт, однако порой могут образовываться волдыри. За 3 недели в большинстве случаен результаты прояв­ляются отчетливо и становится ясно, есть ли необхо­димость в повторном применении лазера или нет. Лазеры в медицине позволяют уже через несколько недель достичь таких же результатов, какие при выжидательной тактике и спонтанной эволюции на­блюдаются лишь через несколько лет.

Статью подготовил и отредактировал: врач-хирург

ЛАЗЕР (аббревиатура из начальных букв англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света стимулированным излучением ; син. оптический квантовый генератор ) - техническое устройство, испускающее фокусированное в виде пучка электромагнитное излучение в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, обладающее большой энергией и биологическим действием. Л. были созданы в 1955 г. Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым (СССР) и Ч. Таунсом (Ch. Townes, США), удостоенными за это изобретение Нобелевской премии 1964 г.

Главными частями Л. являются рабочее тело, или активная среда, лампа накачки, зеркальный резонатор (рис. 1). Лазерное излучение может быть непрерывным и импульсным. Полупроводниковые Л. могут работать в том и другом режимах. В результате сильной световой вспышки лампы накачки электроны активного вещества переходят из спокойного состояния в возбужденное. Действуя друг на друга, они создают лавину световых фотонов. Отражаясь от резонансных экранов, эти фотоны, пробивая полупрозрачный зеркальный экран, выходят узким монохроматическим световым пучком высокой энергии.

Рабочее тело Л. может быть твердым (кристаллы искусственного рубина с добавкой хрома, некоторые соли вольфрамовой и молибденовой к-т, различные виды стекол с примесью неодима и некоторых других элементов и др.), жидкостью (пиридин, бензол, толуол, бромнафталин, нитробензол и др.), газом (смесь гелия и неона, гелия и паров кадмия, аргон, криптон, углекислый газ и др.).

Для перевода атомов рабочего тела в возбужденное состояние можно применять световое излучение, поток электронов, поток радиоактивных частиц, хим. реакцию.

Если представить активную среду как кристалл искусственного рубина с примесью хрома, параллельные торцы к-рого оформлены в виде зеркала с внутренним отражением и одно из них полупрозрачное, и этот кристалл осветить мощной вспышкой лампы накачки, то в результате такого мощного засвета или, как принято называть, оптической накачки, большее число атомов хрома перейдет в возбужденное состояние.

Возвращаясь в основное состояние, атом хрома спонтанно излучает фотон, который сталкивается с возбужденным атомом хрома, выбивая из него другой фотон. Эти фотоны, встречаясь в свою очередь с другими возбужденными атомами хрома, опять выбивают фотоны, и этот процесс лавинно нарастает. Поток фотонов, многократно отражаясь от зеркальных торцов, все увеличивается до тех пор, пока плотность энергии излучения не достигнет предельного значения, достаточного для преодоления полупрозрачного зеркала, и вырвется наружу в виде импульса монохроматического когерентного (строго направленного) излучения, длина волны к-рого 694,3 нм и длительность импульса 0,5-1,0 мсек с энергией от долей до сотен джоулей.

Оценить энергию вспышки Л. можно на следующем примере: суммарная по спектру плотность энергии на поверхности Солнца составляет 10 4 вт/см 2 , а сфокусированный луч от Л. мощностью 1 Мвт создает интенсивность излучения в фокусе до 10 13 вт/см 2 .

Монохроматичность, когерентность, малый угол расхождения луча, возможность оптической фокусировки позволяют получить высокую концентрацию энергии.

Фокусированный луч Л. может быть направлен на площадь в несколько микрон. Этим достигается колоссальная концентрация энергии и создается чрезвычайно высокая температура в объекте облучения. Лазерное излучение плавит сталь и алмаз, разрушает любой материал.

Лазерные аппараты и области их применения

Особые свойства лазерного излучения - высокая направленность, когерентность и монохроматичность - открывают практически большие возможности для его применения в различных областях пауки, техники и медицины.

Для мед. целей применяются различные Л., мощность излучения которых определяется задачами оперативного или терапевтического лечения. В зависимости от интенсивности облучения и особенностей взаимодействия его с разными тканями достигаются эффекты коагуляции, экстирпации, стимуляции и регенерации. В хирургии, онкологии и офтальмол, практике применяются Л. мощностью в десятки ватт, а для получения стимулирующего и противовоспалительного эффектов - Л. мощностью в десятки милливатт.

С помощью Л. можно одновременно передавать огромное количество телефонных переговоров, осуществлять связь как в земных условиях, так и в космосе, производить локацию небесных тел.

Малое расхождение луча Л. позволяет применять их в маркшейдерской практике, строительстве крупных инженерных сооружений, для посадки самолетов, в машиностроении. Газовые Л. находят применение для получения объемных изображений (голография). В геодезической практике широко используются различные типы лазерных светодальномеров. Л. применяются в метеорологии, для контроля загрязнения окружающей среды, в измерительной и вычислительной технике, приборостроении, для размерной обработки микроэлектронных схем, инициирования хим. реакций и др.

В лазерной технологии находят применение как твердотельные, так и газовые Л. импульсного и непрерывного действия. Для резания, сверления и сварки различных высокопрочных материалов - сталей, сплавов, алмазов, часовых камней - выпускаются лазерные установки на углекислом газе (ЛУНД-100, ТИЛУ-1, Импульс), на азоте (Сигнал-3), на рубине (ЛУЧ-1М, К-ЗМ, ЛУЧ-1 П, СУ-1), на неодимовом стекле (Квант-9, Корунд-1, СЛС-10, Кизил) и др. В большинстве процессов лазерной технологии используется термическое действие света, вызываемое его поглощением обрабатываемым материалом. Для увеличения плотности потока излучения и локализации зоны обработки применяются оптические системы. Особенности лазерной технологии следующие: высокая плотность энергии излучения в зоне обработки, дающая за короткое время необходимый термический эффект; локальность воздействующего излучения, обусловленная возможностью его фокусировки, и световые пучки предельно малого диаметра; малая зона термического влияния, обеспечиваемая кратковременным воздействием излучения; возможность ведения процесса в любой прозрачной среде, через окна технол. камер и пр.

Мощность излучения Л., применяемых для контрольно-измерительных приборов систем наведения и связи, невелика, порядка 1-80 мвт. Для экспериментальных исследований (измерение скоростей потока жидкостей, изучение кристаллов и др.) используются мощные Л., генерирующие излучение в импульсном режиме с пиковой мощностью от киловатт до гектоватт и длительностью импульса 10 -9 -10 -4 сек. Для обработки материалов (резания, сварки, прошивки отверстий и др.) применяются различные Л. с выходной мощностью от 1 до 1000 ватт и более.

Лазерные устройства в значительной мере повышают эффективность труда. Так, лазерная резка дает значительную экономию сырья, мгновенная пробивка отверстий в любых материалах облегчает труд сверловщика, лазерный метод изготовления микросхем улучшает качество продукции и т. д. Можно утверждать, что Л. стал одним из распространенных приборов, применяемых для научных, технических и мед. целей.

Механизм действия лазерного луча на биол, ткани основан на том, что энергия светового пучка резко повышает температуру на небольшом участке тела. Температура в облучаемом месте, по данным Минтона (J. P. Minton), может подняться до 394°, и поэтому патологически измененный участок мгновенно сгорает и испаряется. Тепловое воздействие на окружающие ткани при этом распространяется на очень небольшое расстояние, т. к. ширина прямого монохроматического фокусированного пучка излучения равна

0,01 мм. Под влиянием лазерного излучения происходит не только коагуляция белков живой ткани, но и взрывное ее разрушение от действия своеобразной ударной волны. Эта ударная волна образуется в результате того, что при высокой температуре тканевая жидкость мгновенно переходит в газообразное состояние. Особенности биол, действия зависят от длины волны, длительности импульсов, мощности, энергии лазерного излучения, а также от структуры и свойств облучаемых тканей. Имеют значение окраска (пигментация), толщина, плотность, степень наполнения кровью тканей, их физиол, состояние и наличие в них патол, изменений. Чем больше мощность лазерного излучения, тем глубже оно проникает и тем сильнее действует.

В экспериментальных исследованиях было изучено влияние светового излучения различного диапазона на клетки, ткани и органы (кожу, мышцы, кости, внутренние органы и др). результаты к-рого отличаются от термических и лучевых воздействий. После непосредственного воздействия лазерного излучения на ткани и органы в них возникают ограниченные очаги поражения различной площади и глубины в зависимости от характера ткани или органа. При гистол, изучении тканей и органов, подвергшихся воздействию Л., в них можно определить три зоны морфол, изменений: зону поверхностного коагуляционного некроза; зону кровоизлияния и отека; зону дистрофических и некробиотических изменений клетки.

Лазеры в медицине

Разработка импульсных Л., а также Л. непрерывного действия, способных генерировать световое излучение с большой плотностью энергии, создала условия для широкого использования Л. в медицине. К концу 70-х гг. 20 в. лазерное облучение стали применять для диагностики и лечения в различных областях медицины - хирургии (в т. ч. травматологии, кардиоваскулярной, абдоминальной хирургии, нейрохирургии и др.)> онкологии, офтальмологии, стоматологии. Следует подчеркнуть, что основоположником современных методов лазерной микрохирургии глаза является советский офтальмолог академик АМН СССР М. М. Краснов. Наметились перспективы практического использования Л. в терапии, физиотерапии и др. Спектрохимические и молекулярные исследования биол, объектов уже тесно связаны с развитием лазерной эмиссионной спектроскопии, абсорбционной и флюоресцентной спектрофотометрии с использованием перестраиваемых по частоте Л., лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния света. Эти методы наряду с повышением чувствительности и точности измерений сокращают время выполнения анализов, что обеспечило резкое расширение объема исследований для диагностики профзаболеваний, контроля за применением медикаментозных средств, в области судебной медицины и т. п. В сочетании с волоконной оптикой лазерные методы спектроскопии можно применять для просвечивания грудной полости, исследования кровеносных сосудов, фотографирования внутренних органов в целях изучения их функц, отправлений и обнаружения опухолей.

Изучение и идентификация больших молекул (ДНК, РНК и др.) и вирусов, иммунол, исследования, изучение кинетики и биол, активности микроорганизмов, микроциркуляции в кровеносных сосудах, измерение скоростей потоков биол, жидкостей - основные области применения методов лазерной рэлеевской и допплеровской спектрометрии, высокочувствительных экспресс -методов, позволяющих производить измерения при чрезвычайно низких концентрациях исследуемых частиц. С помощью Л. производят микроспектральный анализ тканей, руководствуясь характером вещества, испарившегося под действием излучения.

Дозиметрия лазерных излучений

В связи с колебаниями мощности активного тела Л., особенно газовых (напр., гелий-неоновых), в процессе их эксплуатации, а также по требованиям техники безопасности систематически проводят дозиметрический контроль с помощью специальных дозиметров, калиброванных по стандартным эталонным измерителям мощности, в частности типа ИМО-2, и аттестованных государственной метрологической службой. Дозиметрия позволяет определять эффективные терапевтические дозы и плотность мощности, обусловливающей биол, эффективность лазерного излучения.

Лазеры в хирургии

Первой областью применения Л. в медицине стала хирургия.

Показания

Способность луча Л. рассекать ткани позволила внедрить его в хирургическую практику. Бактерицидный эффект, коагулирующие свойства «лазерного скальпеля» послужили основой для применения его при операциях на жел.-киш. тракте, паренхиматозных органах, при нейрохирургических операциях, у больных, страдающих повышенной кровоточивостью (гемофилия, лучевая болезнь и др.).

С успехом применяются гелий-неоновые и углекислотные Л. при некоторых хирургических заболеваниях и повреждениях: инфицированных, длительно не заживающих ранах и язвах, ожогах, облитерирующем эндартериите, деформирующем артрозе, переломах, аутотрансплантации кожи на ожоговые поверхности, абсцессах и флегмонах мягких тканей и др. Лазерные установки «Скальпель» и «Пульсар» предназначены для резки костей и мягких тканей. Установлено, что излучение Л. стимулирует процессы регенерации, изменяя длительность фаз течения раневого процесса. Напр., после вскрытия гнойников и обработки стенок полостей Л. значительно сокращается время заживления ран по сравнению с другими методами лечения за счет уменьшения инфицированности раневой поверхности, ускорения очищения раны от гнойно-некротических масс и образования грануляций и эпителизации. Гистол, и цитол, исследования показали усиление репаративных процессов вследствие увеличения синтеза РНК и ДНК в цитоплазме фибробластов и содержания гликогена в цитоплазме нейтрофильных лейкоцитов и макрофагах, уменьшение количества микроорганизмов и числа микробных ассоциаций в раневом отделяемом, снижение биол, активности патогенного стафилококка.

Методика

Очаг поражения (рана, язва, ожоговая поверхность и др.) условно разделяют на поля. Каждое поле ежедневно или через 1 - 2 дня облучают Л. малой мощности (10-20 мвт) в течение 5-10 мин. Курс лечения 15-25 сеансов. При необходимости через 25-30 дней можно провести повторный курс; обычно их не повторяют более 3 раз.

Применение лазеров в хирургии (из дополнительных материалов)

Экспериментальные исследования по изучению влияния лазерного излучения на биологические объекты были начаты в 1963-1964 гг. в СССР, США, Франции и нек-рых других странах. Были выявлены свойства лазерного излучения, к-рые определили возможность использования его в клинической медицине. Луч лазера вызывает облитерацию кровеносных и лимфатических сосудов, препятствуя таким образом диссеминации клеток злокачественных опухолей и обусловливая гемостатический эффект. Термическое воздействие лазерного излучения на ткани, расположенные рядом с зоной операции, минимально, но достаточно для обеспечения асептичности раневой поверхности. Лазерные раны заживают быстрее, чем раны, нанесенные скальпелем или электроножом. Лазер не оказывает влияния на работу датчиков биоэлектрических потенциалов. Кроме того, лазерное излучение вызывает фотодинамический эффект - разрушение предварительно фото-сенсибилизированных тканей, а экси-мерные лазеры, используемые, напр., в онкологии, вызывают эффект фотодекомпозиции (разрушения тканей). Излучение низкоэнергетических лазеров оказывает стимулирующее действие на ткани, в связи с чем применяется для лечения трофических язв.

Свойства различных типов лазеров определяются длиной световой волны. Так, углекислотный лазер с длиной волны 10,6 мкм обладает свойством рассекать биологические ткани и в меньшей степени - коагулировать их, лазер, работающий на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ-лазер) с более короткой длиной волны (1,06 мкм), -способностью разрушать и коагулировать ткани, а способность его к рассечению тканей сравнительно мала.

К настоящему времени в клинической медицине используют несколько десятков типов лазерных систем, работающих в разных диапазонах электромагнитного спектра (от инфракрасного до ультрафиолетового). За рубежом для использования в хирургии серийно производятся углекислотные лазеры, лазеры, работающие на аргоне, АИГ-лазеры и др., для терапевтических целей - гелий-веоновые и полупроводниковые лазеры. В СССР серийно выпускаются углекислотные лазеры типа «Ятаган» для использования в офтальмологии, лазеры «Скальпель-1», «Ромашка-1» (цветн. рис. 13), «Ромашка-2» для применения в хирургии, гелий-неоновые лазеры типа Л Г-75 и «Ягода» для терапевтических целей, готовятся к промышленному выпуску полупроводниковые лазеры.

В середине 60-х гг. советские хирурги Б. М. Хромов, Н. Ф. Гамалея, С. Д. Плетнев одними из первых применили лазеры для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей кожи и видимых слизистых оболочек. Развитие лазерной хирургии в СССР связано с созданием в 1969-1972 гг. серийных образцов советских углекислотных лазеров. В 1973-1974 гг. А. И. Головня и А. А. Вишневский (младший) с соавт. опубликовали данные об успешном применении углекислотного лазера для операции на фатеровом соске и для целей кожной пластики. В 1974 г. А. Д. Арапов и соавт. сообщили о первых операциях коррекции клапанного стеноза легочной артерии, выполненных с помощью лазерного излучения.

В 1973-1975 гг. сотрудники лаборатории лазерной хирургии (в наст, время НИИ лазерной хирургии М3 СССР) под руководством проф. О. К. Скобелкина выполнили фундаментальные экспериментальные исследования по применению углекислотного лазера в абдоминальной, кожно-пластической и гнойной хирургии, а с 1975 г. началось внедрение их в клиническую практику. В настоящее время уже накоплен опыт применения лазера в медицине и подготовлены специалисты по лазерной хирургии, в медицинских учреждениях выполнены десятки тысяч операций с использованием лазерного излучения. В НИИ лазерной хирургии М3 СССР разрабатываются новые направления по применению лазерной техники, напр, при эндоскопических оперативных вмешательствах, в кардиохирургии и ангиологии, при микрохирургических операциях, для фотодинамической терапии, рефлексотерапии.

Лазерная хирургия пищевода, желудка и кишечника. Операции на органах жел.-киш. тракта, проводимые с помощью обычных режущих инструментов, сопровождаются кровотечением, образованием внутриор-ганных микрогематом по линии рассечения стенки полого органа, а также инфицированием тканей содержимым полых органов по линии разреза. Использование лазерного скальпеля позволило избежать этого. Операция выполняется на «сухом» стерильном поле. У онкологических больных одновременно уменьшается опасность распространения клеток злокачественных опухолей по кровеносным и лимфатическим сосудам за пределы операционной раны. Некро-биотические изменения вблизи лазерного разреза минимальны в отличие от повреждений, вызываемых традиционными режущими инструментами и электроножом. Поэтому лазерные раны заживают с минимальной воспалительной реакцией. Уникальные свойства лазерного скальпеля послужили поводом для многочисленных попыток применения его в абдоминальной хирургии. Однако эти попытки не дали ожидаемого эффекта, т. к. рассечение тканей производилось при приблизительной визуальной фокусировке и свободном перемещении светового пятна лазерного луча вдоль намеченной линии разреза. При этом не всегда удавалось выполнить бескровный разрез тканей, особенно богато вас-куляризированных, таких как ткани стенки желудка и кишечника. Разрез лазером кровеносных сосудов диаметром более 1 мм вызывает обильное кровотечение; излившаяся кровь экранирует лазерное излучение, быстро снижает скорость рассечения, вследствие чего лазер теряет свойства скальпеля. Кроме того, существует опасность случайного повреждения глубжележащих тканей и органов, а также перегрева тканевых структур.

Работами советских ученых О. К. Скобелкина, Е. И. Брехова, Б. Н. Малышева, В. А. Салюка (1973) показано, что временное прекращение кровообращения вдоль линии рассечения органа позволяет максимально использовать положительные свойства углекислотного лазера, заметно уменьшить зону коагуляционного некроза, увеличить скорость разреза, добиться «биологической сварки» рассекаемых слоев ткани с помощью лазерного излучения небольшой мощности (15-25 вт). Последнее особенно важно в абдоминальной хирургии. Образующаяся при разрезе за счет поверхностной коагуляции тканей легкая спайка удерживает на одном уровне слои рассеченной стенки желудка или кишки, что создает оптимальные условия для выполнения наиболее трудоемкого и ответственного этапа операции - формирования анастомоза. Использование лазерного скальпеля для проведения операций на полых органах стало возможным после разработки комплекта специальных лазерных хирургических инструментов и сшивающих аппаратов (цветн. рис. 1, 2). Многочисленные эксперименты и клинический опыт использования лазеров в абдоминальной хирургии позволили сформулировать основные требования к инструментам. Они должны обладать способностью создавать локальную компрессию и обеспечивать обескровливание органов по линии рассечения тканей; защищать окружающие ткани и органы от прямых и отраженных лучей; по размерам и форме должны быть приспособлены для выполнения того или иного оперативного приема, особенно в труднодоступных областях; способствовать ускоренному рассечению тканей без увеличения мощности лазерного излучения благодаря наличию постоянного интервала между тканями и конусом световода; обеспечивать качественную биологическую сварку тканей.

В настоящее время в абдоминальной хирургии широкое распространение получили механические сшивающие аппараты (см.). Они сокращают время операций, позволяют асептич-но и качественно рассекать и соединять стенки полых органов, однако линия механического шва нередко кровоточит, а высокий надскобочный валик требует тщательной перитони-зации. Лазерные сшивающие аппараты более совершенны, напр, унифицированный НЖКА-60. В них также используется принцип дозированной локальной компрессии тканей: вначале стенку полого органа прошивают металлическими скобками, а затем с помощью лазера рассекают между двумя рядами наложенных скобок. В отличие от обычного механического шва линия лазерного шва стерильна, герметична механически и биологически, не кровоточит; тонкая пленка коагуляционного некроза вдоль линии разреза препятствует проникновению микроорганизмов в глубь тканей; надскобочный валик низкий и легко погружается серозно-мышечными швами.

Оригинальным является лазерный хирургический сшивающий аппарат УПО-16, к-рый конструктивно во многом отличается от известных механических сшивающих аппаратов. Особенность его конструкции заключается в том, что он позволяет в момент сжатия ткани производить и ее растяжение за счет специальной фиксирующей рамки. Это дает возможность более чем в два раза повысить скорость рассечения тканей без увеличения мощности излучения. Аппарат УПО-16 применяют при резекции желудка, тонкой и толстой кишки, а также для выкраивания трубки из большой кривизны желудка при пластике пищевода.

Создание лазерных инструментов и сшивающих аппаратов позволило разработать методики проксимальной и дистальной резекции желудка, тотальной гастрэктомии, различных вариантов пластики пищевода фрагментами желудка и толстой кишкой, оперативных вмешательств на толстой кишке (цветы, табл., ст. 432, рис. 6-8). Коллективный опыт лечебных учреждений, использующих эти методы, основанный на большом материале (2 тыс. оперативных вмешательств), позволяет прийти к заключению, что операции с применением лазеров в отличие от традиционных сопровождаются в 2-4 раза меньшим числом осложнений и в 1,5-3 раза меньшей летальностью. Кроме того, при использовании лазерной техники наблюдаются более благоприятные отдаленные результаты оперативного лечения.

В оперативных вмешательствах на внепеченочных желчных протоках лазеры имеют бесспорное преимущество перед другими режущими инструментами. Полная стерильность, совершенный гемостаз в зоне рассечения тканей значительно облегчают работу хирурга и способствуют повышению качества операции и улучшению результатов лечения. Для выполнения операций на внепеченочных желчных протоках созданы специальные лазерные инструменты, к-рые позволяют успешно выполнять различные варианты холедохотомии с наложением билиодигестивных анастомозов, папиллосфинктеротомию и папиллосфинктеропластику. Операции при этом практически бескровны и атравматичны, что обеспечивает высокий уровень их технического выполнения.

Не менее эффективно использование лазерного скальпеля во время холецистэктомии. При благоприятных топографо-анатомических взаимоотношениях, когда сфокусированный лазерный луч может быть свободно подведен ко всем отделам желчного пузыря, удаление его производится с использованием эффекта фотогидравлической препаровки, исключающей малейшую травму печеночной паренхимы. При этом одновременно осуществляется полная остановка кровотечения и желчеисте-чения из мелких протоков ложа пузыря. Поэтому ушивание его в дальнейшем не требуется. При отсутствии условий для свободного манипулирования лазерным лучом в глубине раны холецистэктомия производится обычным способом, а остановка паренхиматозного кровотечения и желчеистечения в зоне операции осуществляется расфокусированным пучком лазерного излучения. В данном случае лазер также исключает наложение гемостатиче-ских швов на ложе желчного пузыря, к-рые, травмируя близлежащие сосуды и желчные протоки, приводят к их очаговому некрозу.

В экстренной хирургии желчевыводящих путей лазерный скальпель может оказаться незаменимым. Он используется в ряде случаев для удаления желчного пузыря, а в нек-рых случаях - как высокоэффективное средство остановки кровотечения. В тех случаях, когда желчный пузырь практически неудалим и требуется его демукозация, к-рая при выполнении острым путем сопряжена с опасностью кровотечения, целесообразно производить испарение слизистой оболочки расфокусированным лазерным излучением. Полнота удаления слизистой оболочки при полном гемостазе и стерилизация раневой поверхности обеспечивают гладкое послеоперационное течение. Использование лазерной техники открывает новые возможности улучшения качества лечения больных с заболеваниями желчевыводящей системы, частота оперативных вмешательств по поводу к-рых в настоящее время значительно увеличилась.

Применение лазеров в хирургии паренхиматозных органов брюшной полости. Особенности анатомического строения паренхиматозных органов с их разветвленной сосудистой системой обусловливают трудности оперативного вмешательства и тяжесть течения послеоперационного периода. Поэтому до сих пор ведутся поиски наиболее эффективных средств и способов остановки кровотечения, желчеистечения и ферментоистече-ния при оперативных вмешательствах на паренхиматозных органах. Предложено много способов и средств остановки кровотечения из печеночной ткани, к-рые, к сожалению, не удовлетворяют хирургов.

С 1976 г. изучаются возможности и перспективы использования при операциях на паренхиматозных органах различных типов лазеров. Были не только изучены результаты воздействия лазеров на паренхиму, но и разрабатывались методики оперативных вмешательств на печени, поджелудочной железе и селезенке.

При выборе способа оперативного вмешательства на печени приходится решать одновременно такие задачи, как временная остановка кровотока в удаляемой части органа, остановка кровотечения из крупных сосудов и желчеистечения из протоков после резекции органа, остановка паренхиматозного кровотечения.

Для обескровливания удаляемой части печени в эксперименте разработан специальный гепатоклемм. В отличие от предложенных ранее подобных инструментов он обеспечивает полное равномерное сжатие органа. При этом паренхима печени не повреждается, а кровоток в дистальной ее части прекращается. Специальное фиксирующее устройство позволяет удержать гепатоклемм на краю неудаляемой части печени после отсечения подлежащего удалению участка. Это, в свою очередь, позволяет свободно манипулировать не только на крупных сосудах и протоках, но и на паренхиме органа.

При выборе методов обработки крупных сосудов и протоков печени нужно учитывать, что для остановки паренхиматозного кровотечения из мелких сосудов и желчеистечения из мелких протоков будут использоваться углекислотные лазеры и АИГ-лазеры. Для прошивания крупных сосудов и протоков целесообразно применять сшивающий аппарат, к-рый обеспечивает полную остановку кровотечения из них с помощью танталовых скобок; можно производить клипирование их специальными зажимами. Как показали результаты исследования, скобки прочно удерживаются на сосудисто-протоковых пучках как до, так и после обработки лучом лазера раневой поверхности органа. На границе остающейся и удаляемой части печени накладывают и фиксируют гепатоклемм, к-рым сдавливают парен-химу и одновременно крупные сосуды и протоки. Хирургическим скальпелем рассекают капсулу печени, а сосуды и протоки прошивают сшивающим аппаратом. Удаляемую часть печени отсекают скальпелем по краю скобок. Для полной остановки кровотечения и желчеистечения паренхиму печени обрабатывают расфокусированным лучом углекислотного лазера или АИГ-лазера. Остановка паренхиматозного кровотечения из ран печени с помощью АИГ-лазера происходит в 3 раза быстрее, чем с помощью углекислотного лазера.

Оперативное вмешательство на поджелудочной железе имеет свои особенности. Как известно, этот орган весьма чувствителен к любой операционной травме, поэтому грубые манипуляции на поджелудочной железе часто способствуют развитию послеоперационного панкреатита. Разработан специальный зажим, позволяющий, не разрушая паренхимы поджелудочной железы, обеспечивать резекцию ее лучом лазера. На удаляемую часть накладывают лазерный зажим с прорезью в центре. По направляющей прорези ткань железы пересекают сфокусированным лучом углекислотного лазера. При этом паренхима органа и панкреатический проток, как правило, полностью герметично запаиваются, что позволяет избежать дополнительной их травмы при наложении швов для герметизации культи органа.

Изучение гемостатического действия различных типов лазеров при травмах селезенки показало, что кровотечение из небольших ее ран можно остановить как углекислотным лазером, так и АИГ-лазером, а остановка кровотечения из больших ран возможна только с помощью излучения АИГ-лазера.

Применение лазеров в хирургии легких и плевры. Луч углекислотного лазера используют при торакото-мии (для пересечения межреберных мышц и плевры), благодаря чему кровопотеря на этом этапе не превышает 100 мл. Применяя компрессионные зажимы, выполняют атипичные небольшие резекции легких после прошивания легочной ткани аппаратами У0-40 или У0-60. Рассечение резецируемой части легкого сфокусированным лучом лазера и последующая обработка легочной паренхимы расфокусированным лучом позволяют получить надежный гемостаз и аэростаз. При выполнении анатомических резекций легких главный бронх прошивают аппаратом У0-40 или У0-60 и пересекают сфокусированным лучом углекислотного лазера. В результате достигается стерилизация и герметизация культи бронха. Раневую поверхность легочной ткани с целью гемостаза и аэростаза обрабатывают расфокусированным лучом. Операционная кровопотеря при использовании лазера уменьшается на 30-40%, послеоперационная - в 2-3 раза.

При хирургическом лечении эмпиемы плевры вскрытие полости эмпиемы и манипуляции в ней производят сфокусированным лучом углекислотного лазера, окончательный гемостаз и стерилизация полости эмпиемы осуществляется расфокусированным лучом. В результате длительность вмешательства снижается в 1V2 раза, а кровопотеря уменьшается в 2-4 раза.

Применение лазеров в хирургии сердца. Для лечения суправентрику-лярных аритмий сердца используют А И Г-лазер, с помощью к-рого пересекают пучок Гиса или аномальные проводящие пути сердца. Луч лазера подводят интракардиально во время торакотомии и кардиотомии или интравазально с помощью гибкого световода, помещаемого в специальный сосудистый зонд.

В последнее время в СССР и США начаты перспективные исследования по лазерной реваскуляризации миокарда при ишемической болезни сердца. Лазерную реваскуляризацию в сочетании с аортокоронарным шунтированием выполняют на остановленном сердце, а вмешательство, заключающееся только в применении лазера, - на работающем сердце. Короткими импульсами мощного углекислотного лазера в стенке левого желудочка проделывают 40-70 сквозных каналов. Эпикардиальную часть каналов тромбируют прижатием тампона на несколько минут. Интрамуральная часть каналов служит для питания ишемизированного миокарда кровью, поступающей из просвета желудочка. В последующем вокруг каналов образуется сеть микрокапилляров, улучшающих питание миокарда.

Применение лазера в кожно-пластической хирургии. Сфокусированный луч углекислотного лазера используют для радикального, в пределах здоровых тканей, иссечения небольших доброкачественных и злокачественных опухолей. Более крупные образования (фибромы, атеромы, папилломы, пигментные невусы, рак и меланома кожи, метастазы в кожу злокачественных опухолей, а также татуировку) разрушают воздействием расфокусированного луча лазера (цветн. рис. 12-15). Заживление небольших ран в таких случаях происходит под струпом. Большие раневые поверхности закрывают кожным аутотрансплантатом. Преимущества лазерной хирургии заключаются в хорошем гемостазе, стерильности раневой поверхности и высокой радикальности вмешательства. При неоперабельных, особенно распадающихся злокачественных опухолях кожи лазер применяют для испарения и разрушения опухоли, что позволяет добиться стерилизации поверхности, остановки возникающих кровотечений и ликвидации неприятного запаха.

Хорошие результаты, особенно в косметическом плане, достигаются с помощью аргонового лазера при лечении сосудистых опухолей и удалении татуировок. Излучение лазера применяют для подготовки реци-пиентного участка и заготовки (взятия) кожного трансплантата. Реципиентный участок при трофических язвах стерилизуют и освежают с помощью сфокусированного и расфокусированного луча лазера, при ранах после глубоких ожогов некрэктомию производят расфокусированным лучом. Для взятия в качестве трансплантата полнослойного кожного лоскута используют эффект лазерной фотогидравлической препаровки биологических тканей, разработанный в НИИ лазерной хирургии М3 СССР. Для этого в подкожную клетчатку вводят изотонический солевой раствор или 0,25- 0,5% раствор новокаина. Сфокусированным лучом углекислотного лазера производят отсепаровку трансплантата от подлежащих тканей за счет кавитации предварительно введенной жидкости, к-рая возникает под действием высокой температуры в точке воздействия лазера. В результате не образуются гематомы и достигается стерильность трансплантата, что способствует лучшему его приживлению (цветн. рис. 9-11). По данным обширного клинического материала, приживляемость аутотрансплантата, взятого с помощью лазера, в целом достигает 96,5%, а в челюстно-лицевой хирургии - 100%.

Лазерная хирургия гнойных заболеваний мягких тканей. Применение лазера в этой области позволило добиться сокращения в 1,5-2 раза сроков лечения, а также экономии медикаментов и перевязочного материала. При относительно небольшом гнойном очаге (абсцесс, карбункул) его радикально иссекают сфокусированным лучом углекислотного лазера и накладывают первичный шов. На открытых частях тела целесообразнее испарение очага расфокусированным лучом и заживление раны под струпом, что дает вполне удовлетворительный косметический эффект. Большие абсцессы, в т. ч. постинъек-ционные, а также гнойный мастит вскрывают механическим путем. После удаления содержимого абсцесса стенки полости обрабатывают поочередно сфокусированным и расфокусированным лучом лазера с целью испарения некротических тканей, стерилизации и гемостаза (цветн. рис. 3-5). После лазерной обработки гнойные раны, в т. ч. послеоперационные, ушивают; при этом необходимы активная и фракционная аспирация их содержимого и промывание полости. По данным бактериологического исследования, в результате применения лазерного излучения количество микробных тел в 1 г ткани раны у всех больных ниже критического уровня (104- 101). Для стимуляции заживления гнойных ран целесообразно применение низкоэнергетических лазеров.

При термических ожогах III степени производят некрэктомию сфокусированным лучом углекислотного лазера, благодаря чему достигаются гемостаз и стерилизация раны. Кровопотеря при использовании лазера сокращается в 3-5 раз, уменьшается также потеря белка с экссудатом. Вмешательство заканчивается аутопластикой кожным лоскутом, заготовленным путем лазерной фотогидравлической препаровки биологических тканей. Этот метод позволяет снизить летальность и улучшить функциональные и косметические результаты.

При вмешательствах на аноректальной области, напр, для оперативного лечения геморроя, чаще применяют углекислотный лазер. Характерно, что заживление раны после отсечения геморроидального узла происходит с менее выраженным, чем после обычной операции, болевым синдромом, раньше начинает функционировать сфинктерный аппарат, реже развиваются стриктуры заднего прохода. Иссечение параректальных свищей и трещин заднего прохода лучом углекислотного лазера позволяет добиться полной стерильности раны, в связи с чем она хорошо заживает после ушивания наглухо. Эффективно применение лазера для радикального иссечения эпителиальных копчиковых свищей.

Применение лазеров в урологии и гинекологии. Углекислотные лазеры используют при проведении циркумцизии, удалении доброкачественных и злокачественных опухолей полового члена, наружной части уретры. Расфокусированным лучом лазера испаряют небольшие опухоли мочевого пузыря при трансабдоминальном доступе, сфокусированным лучом производят резекцию стенки мочевого пузыря при более обширных опухолях, благодаря чему достигается хороший гемостаз и повышается радикальность вмешательства. Интрауретральные опухоли и стриктуры, а также опухоли мочевого пузыря удаляют и реканализируют с помощью аргонового или АИГ-лазера, энергию к-рых к месту операции подводят с помощью фиброволоконной оптики через жесткие или гибкие у ретроцистоскопы.

Углекислотные лазеры применяют для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей наружных половых органов, для пластики влагалища и чрезвлагалищной ампутации матки. Получила признание лазерная конизация шейки матки при лечении эрозий, предраковых заболеваний, рака шейки матки и канала шейки матки. С помощью углекислотного лазера выполняют резекцию придатков матки, ампутацию матки, миомэктомию. Особый интерес представляют реконструктивные операции с помощью микрохирургической техники при лечении женского бесплодия. Лазером рассекают спайки, резецируют обтурированные участки маточных труб, создают искусственные отверстия в дистальном отделе маточной трубы или в ее интрамуральной части.

Лазерная эндоскопическая хирургия применяется для лечения заболеваний гортани, глотки, трахеи, бронхов, пищевода, желудка, кишечника, уретры и мочевого пузыря. Там, где доступ к опухоли возможен только с помощью жестких эндоскопических систем, используют углекислотный лазер, соединенный с операционным микроскопом. Луч этого лазера позволяет испарить или разрушить опухоль либо произвести реканализацию просвета трубчатого органа, стено-знрованного опухолью или стриктурой. Воздействие на патологические образования, расположенные в трубчатых органах и доступные для осмотра только с помощью гибкой эндоскопической техники, осуществляется аргоновым или АИГ-лазером, энергия к-рых подводится через кварцевую фиброволоконную оптику.

Наиболее широко эндоскопические методы лазерной хирургии применяют для коагуляции сосудов при острых кровотечениях из язв желудка и двенадцатиперстной кишки. В последнее время лазерным излучением стали пользоваться для радикального лечения рака желудка I стадии, рака прямой и ободочной кишок, а также для реканализации просвета пищевода или прямой кишки, обтурированного опухолью, что позволяет избежать наложения постоянной гастростомы или коло-стомы.

Лазерная микрохирургия. Лазерные микрохирургические вмешательства выполняют с помощью углекислотного лазера, соединенного с операционным микроскопом, оснащенным микроманипулятором. Этот метод применяют для испарения или разрушения небольших опухолей полости рта, глотки, гортани, голосовых связок, трахеи, бронхов, при операциях на среднем ухе, для лечения заболеваний шейки матки, для реконструктивных вмешательств на маточных трубах. С помощью операционного микроскопа с микроманипулятором тонкий луч лазера (диам. 0,1 - 0,15 мм) направляют точно на оперируемый объект, что позволяет производить прецизионные вмешательства без повреждения здоровых тканей. Лазерная микрохирургия обладает еще двумя преимуществами: одновременно с удалением патологического образования осуществляется гемостаз; лазерный манипулятор удален от оперируемого объекта на 30-40 см, поэтому операционное поле хорошо обозримо, в то время как при обычных операциях его загораживают инструменты. В последнее время энергию лазеров, работающих на углекислом газе, аргоне и алю-моиттриевом гранате с неодимом, применяют для анастомозирования мелких кровеносных сосудов, сухожилий и нервов.

Лазерная ангиопластика. В наст, время изучается возможность восстановления проходимости артерий среднего калибра с помощью излучения углекислотного, аргонового лазеров и АИГ-лазеров. За счет термического компонента лазерного луча возможно разрушение или испарение тромбов и атеросклеротических бляшек. Однако при использовании этих лазеров нередко повреждается сама стенка кровеносного сосуда, что приводит к кровотечениям или формированию тромба в зоне воздействия лазера. Не менее эффективно и более безопасно применение излучения эк-симерных лазеров, энергия к-рых вызывает деструкцию патологического образования за счет фотохимической реакции, не сопровождающейся повышением температуры и воспалительной реакцией. Широкому внедрению метода лазерной ангиопластики в клиническую практику препятствует ограниченное пока число эксимерных лазеров и специальных весьма сложных по конструкции катетеров с каналами для освещения, подвода лазерной энергии и удаления продуктов распада тканей.

Лазерная фото динамическая терапия. Известно, что нек-рые производные гематопорфиринов более активно поглощаются клетками злокачественных опухолей и дольше в них задерживаются, чем в нормальных клетках. На этом эффекте основана фотодинамическая терапия опухолей кожи и видимых слизистых оболочек, а также опухолей трахеи, бронхов, пищевода, желудка, кишечника, мочевого пузыря. Предварительно фотосенсибилизированную введением гематопорфирина злокачественную опухоль облучают лазером в красной или сине-зеленой полосе спектра. В результате этого воздействия клетки опухоли разрушаются, а рядом расположенные и также подвергшиеся облучению нормальные клетки остаются неизмененными.

Лазеры в онкологии

В 1963- 1965 гг. в СССР и СЕТА были проведены опыты на животных, показавшие, что излучением Л. можно разрушать перевиваемые опухоли. В 1969 г. в Ин-те проблем онкологии АН УССР (Киев) было открыто первое отделение лазерной терапии онкол, профиля, оборудованное специальной установкой, с помощью к-рой лечили больных с опухолями кожи (рис. 2). В дальнейшем делались попытки распространения лазерной терапии опухолей и другой локализации.

Показания

Л. применяют при лечении кожных доброкачественных и злокачественных опухолей, а также некоторых предопухолевых состояний женских половых органов. Воздействие на глубоко расположенные опухоли требует обычно их обнажения, т. к. при прохождении сквозь ткани лазерное излучение значительно ослабляется. Благодаря более интенсивному поглощению света пигментированные опухоли - меланомы, гемангиомы, пигментные невусы и др.- легче поддаются лазерной терапии, чем непигментированные (рис. 3). Разрабатываются методы применения Л. для лечения опухолей других органов (гортани, гениталий, молочной железы и др.).

Противопоказанием к применению Л. являются опухоли, расположенные около глаз (из-за опасности повреждения органа зрения) .

Методика

Существует два метода применения Л.: облучение опухоли с целью некротизации и иссечение ее. При проведении лечения с целью вызвать некроз опухоли производят: 1) обработку объекта малыми дозами излучений, иод действием которых участок опухоли разрушается, а остальная ее часть постепенно некротизируется; 2) облучение большими дозами (от 300 до 800 дж/см 2); 3) множественное облучение, в результате к-рого происходит тотальная гибель опухоли. При лечении методом некротизации облучение кожных опухолей начинают с периферии, постепенно продвигаясь к центру, обычно захватывая пограничную полосу нормальных тканей шириной 1,0-1,5 см. Необходимо облучение всей массы опухоли, т. к. необлученные участки являются источником возобновления роста. Величина энергии излучения определяется типом Л. (импульсный или непрерывного действия), спектральной областью и другими параметрами излучения, а также особенностями опухоли (пигментацией, размерами, плотностью и др.). При лечении непигментированных опухолей можно вводить в них окрашенные соединения, усиливающие поглощение излучения и разрушение опухоли. Вследствие некротизации ткани на месте кожной опухоли образуется черная или темно-серая корка, к-рая отпадает через 2-6 нед. (рис. 4).

При иссечении опухоли с помощью лазера достигается хороший гемостатический и асептический эффект. Метод находится в стадии разработки.

Исходы

Л. может быть разрушена любая доступная облучению опухоль. При этом не возникает побочных эффектов, в частности в кроветворной системе, что дает возможность лечить больных пожилого возраста, ослабленных пациентов и детей раннего возраста. При пигментированных опухолях избирательно разрушаются только опухолевые клетки, чем обеспечивается щадящее воздействие и благоприятные в косметическом отношении результаты. Излучение можно точно сфокусировать и, следовательно, вмешательство строго локализовать. Гемостатическое действие лазерного излучения дает возможность ограничить кровопотери). Успешный результат при лечении рака кожи, по 5-летним наблюдениям, отмечен в 97% случаев (рис. 5).

Осложнения : обугливание

тканей при их рассечении.

Лазеры в офтальмологии

Традиционные импульсные немодулированные Л. (обычно на рубине) использовались до 70-х гг. для прижиганий на глазном дне, напр, с целью образования хориоретинальной спайки при лечении и профилактике отслойки сетчатки, при небольших опухолях и т. д. На этом этапе область их применения была примерно той же, что у фотокоагуляторов, использующих обычный (немонохроматический, некогерентный) луч света.

В 70-х гг. в офтальмологии были с успехом применены новые типы Л. (цветн. рис. 1 и 2): газовые Л. постоянного действия, модулированные Л. с «гигантскими» импульсами («холодные» Л.), Л. на красителях и ряд других. Это значительно расширило область клин, применения Л. на глазу - стало возможным активное вмешательство на внутренних оболочках глаза без вскрытия его полости.

Большую практическую значимость представляют следующие области клин, лазерной офтальмологии.

1. Известно, что сосудистые заболевания глазного дна выходят (а в ряде стран уже вышли) на первое место среди причин неизлечимой слепоты. Среди них широкое распространение имеет диабетическая ретинопатия, к-рая развивается почти у всех больных диабетом с продолжительностью заболевания 17- 20 лет.

Больные обычно теряют зрение в результате повторных внутриглазных кровоизлияний из новообразованных патологически измененных сосудов. С помощью лазерного пучка (наилучшие результаты дают газовые, напр, аргоновые, Л. постоянного действия) коагуляции подвергаются как измененные сосуды с участками транссудации, так и зоны новообразованных сосудов, особенно подверженных разрыву. Успешный результат, сохраняющийся в течение ряда лет, отмечается примерно у 50% больных. Обычно коагулируют и непораженные участки сетчатки, которые не имеют первостепенного функц, значения (панретинальная коагуляция).

2. Тромбозы ретинальных сосудов (особенно вен) также стали доступны прямому леч. воздействию только с использованием Л. Лазеркоагуляция способствует активизации кровообращения и оксигенации в сетчатке, уменьшению или ликвидации трофического отека сетчатки, который без леч. воздействия обычно завершается тяжелыми необратимыми изменениями (цветн. рис. 7-9).

3. Дегенерация сетчатки, особенно в стадии транссудации, в ряде случаев успешно поддается лазертерапии, к-рая представляет практически единственный путь активного вмешательства в этот патол, процесс.

4. Очаговые воспалительные процессы на глазном дне, перифлебиты, ограниченные проявления ангиоматоза в ряде случаев также успешно излечиваются с помощью лазертерапии.

5. Вторичные катаракты и мембраны в области зрачка, опухоли и кисты радужной оболочки благодаря использованию Л. впервые стали объектом нехирургического лечения (цветн. рис. 4-6).

Профилактические мероприятия против поражения лучами лазера

Защитные и гиг. мероприятия для профилактики неблагоприятного действия излучений Л. и других сопутствующих факторов должны включать мероприятия коллективного характера: организационные, инженерно-технические. планировочные, санитарно-гигиенические, а также предусматривать индивидуальные средства защиты.

Обязательным является требование оценки перед началом эксплуатации лазерной установки основных неблагоприятных факторов и особенностей распространения лазерного излучения (как прямого, так и отраженного). Инструментальным измерением (в крайнем случае расчетным путем) определяют вероятные направления и участки, на которых возможны опасные для организма (превышают ПДУ) уровни излучения.

Для обеспечения безопасных условий труда, помимо строгого соблюдения коллективных мероприятий, рекомендуется пользование средствами индивидуальной защиты - очками, щитками, масками, обладающими спектрально-селективной прозрачностью, и специальной защитной одеждой. Примером отечественных защитных очков от лазерных излучений в области спектра с длиной волны 0,63-1,5 мкм являются очки, изготовленные из сине-зеленого стекла СЗС-22, обеспечивающие защиту глаз от излучений рубинового и неодимового Л. При работе с мощными Л. более эффективны защитные щитки и маски, на руки надеваются перчатки из замши или кожи. Рекомендуется ношение передников и халатов различных цветов. Выбор средств защиты должен производиться индивидуально в каждом конкретном случае квалифицированными специалистами.

Медицинское наблюдение за работающими с лазером. Работы, связанные с обслуживанием лазерных установок, включены в списки работ с вредными условиями труда, а работающие подлежат предварительным и периодическим (один раз в год) медосмотрам. В осмотрах обязательно участие окулиста, терапевта, невропатолога. При исследовании органа зрения применяют щелевую лампу.

Помимо врачебного обследования, проводят клин, анализ крови с определением гемоглобина, эритроцитов, ретикулоцитов, тромбоцитов, лейкоцитов и РОЭ.

Библиография: Александров М. Т. Применение лазеров в экспериментальной и клинической стоматологии, Мед. реферат. журн., разд. 12 - Стоматология, № 1, с. 7, 1978, библиогр.; Гамалея Н. Ф. Лазеры в эксперименте и клинике, М., 1972, библиогр.; КавецкийР. Е. и др. Лазеры в биологии и медицине, Киев, 1969; К о р ы т н ы й Д. Л. Лазерная терапия и ее применение в стоматологии, Алма-Ата, 1979; Краснов М. М. Лазерная микрохирургия глаза, Вестн, офтальм., №1, с. 3, 1973, библиогр.; Лазарев И. Р. Лазеры в онкологии, Киев, 1977, библиогр.; Осипов Г. И. и Пятин М. М. Повреждение глаза лучом лазера, Вестн, офтальм., № 1, с. 50, 1978; П л e т н e в С. Д. и др. Газовые лазеры в экспериментальной и клинической онкологии, М., 1978; П р о-хончуков А. А. Достижения квантовой электроники в экспериментальной и клинической стоматологии, Стоматология, т. 56, № 5, с. 21, 1977, библиогр.; Семенов А. И. Влияние излучений лазеров на организм и меры профилактики, Гиг. труда и проф. заболев., № 8, с. 1, 1976; Средства и методы квантовой электроники в медицине, под ред. Р. И. Утямы-шева, с. 254, Саратов, 1976; Хромов Б. М. Лазеры в экспериментальной хирургии, Л., 1973, библиогр.; Хромов Б.М. и др. Лазерная терапия хирургических заболеваний, Вестн, хир., № 2, с. 31, 1979; L’Esperance F. A. Ocular photocoagulation, a stereoscopic atlas, St Louis, 1975; Laser applications in medicine and biology, ed. by M. L. Wolbarsht, v< i -з? N. Y.- L., 1971-1977, bibliogr.

Применение лазеров в хирургии - Арапов А. Д. и др. Первый опыт применения лазерного луча в кардиохирургии, Эксперим. хир., № 4, с. 10, 1974; Вишневский А. А., Митькова Г. В. иХаритонА. С. Оптические квантовые генераторы непрерывного типа действия в пластической хирургии, Хирургия, № 9, с. 118, 1974; Гамалея Н. Ф. Лазеры в эксперименте и клинике, М., 1972; Г о л о в н я А. И. Реконструктивные и повторные операции на фатеровом соске с помощью луча лазера, в кн.: Вопр. компенсации в хир., под ред. А. А. Вишневского и др., с. 98, М., 1973; Лазеры в клинической медицине, под ред. С. Д. Плетнева, с. 153, 169, М., 1981; Плетнев С. Д., Абдуразаков М. III. и Каpпенко О. М. Применение лазеров в онкологической практике, Хирургия, JV& 2, с. 48, 1977; Xромов Б. М. Лазеры в экспериментальной хирургии, Л., 1973; Черноусов А. Ф., Д о м-рачев С. А. и Абдуллаев А. Г. Применение лазера в хирургии пищевода и желудка, Хирургия, № 3, с. 21, 1983, библиогр.

В. А. Поляков; В. И. Белькевич (техн.), H. Ф. Гамалея (онк.), М. М. Краснов (офт.), Ю. П. Пальцев (гиг), А. А. Прохончуков (стом.), В. И. Стручков (хир.), О. К. Скобелкин (хир.), Е. И. Брехов (хир.), Г. Д. Литвин (хир.), В. И. Корепанов (хир.).

В медицине лазеры нашли свое применение в виде лазерного скальпеля. Его использование для проведения хирургических операций определяют следующие свойства:

Он производит относительно бескровный разрез, так как одновременно с рассечением тканей он коагулирует края раны “заваривая” не слишком крупные кровеносные сосуды;

Лазерный скальпель отличается постоянством режущих свойств. Попадание на твердый предмет (например, кость) не выводит скальпель из строя. Для механического скальпеля такая ситуация стала бы фатальной;

Лазерный луч в силу своей прозрачности позволяет хирургу видеть оперируемый участок. Лезвие же обычного скальпеля, равно как и лезвие электроножа, всегда в какой-то степени загораживает от хирурга рабочее поле;

Лазерный луч рассекает ткань на расстоянии, не оказывая никакого механического воздействия на ткань;

Лазерный скальпель обеспечивает абсолютную стерильность, ведь с тканью взаимодействует только излучение;

Луч лазера действует строго локально, испарение ткани происходит только в точке фокуса. Прилегающие участки ткани повреждаются значительно меньше, чем при использовании механического скальпеля;

Как показала клиническая практика, рана от лазерного скальпеля почти не болит и быстрее заживляется.

Практическое применение лазеров в хирургии началось в СССР в 1966 году в институте имени А. В. Вишневского. Лазерный скальпель был применен в операциях на внутренних органах грудной и брюшной полостей. В настоящее время лазерным лучом делают кожно-пластические операции, операции пищевода, желудка, кишечника, почек, печени, селезенки и других органов. Очень заманчиво проведение операций с использованием лазера на органах, содержащих большое количество кровеносных сосудов, например, на сердце, печени.

Особенно широкое применение нашли лазерные инструменты в хирургии глаза. Глаз, как известно, представляет орган, обладающий очень тонкой структурой. В хирургии глаза особенно важны точность и быстрота манипуляций. Кроме того выяснилось, что при правильном подборе частоты излучения лазера оно свободно проходит через прозрачные ткани глаза, не оказывая на них никакого действия. Это позволяет делать операции на хрусталике глаза и глазном дне, не делая никаких разрезов вообще. В настоящее время успешно проводятся операции по удалению хрусталика путём испарения его очень коротким и мощным импульсом. При этом не происходит повреждение окружающих тканей, что ускоряет процесс заживления, составляющий буквально несколько часов. В свою очередь, это значительно облегчает последующую имплантацию искусственного хрусталика. Другая успешно освоенная операция – приваривание отслоившейся сетчатки.

Лазеры довольно успешно применяются и в лечении таких распространённых сейчас заболеваний глаза как близорукость и дальнозоркость. Одной из причин этих заболеваний является изменение в силу каких-либо причин конфигурации роговицы глаза. С помощью очень точно дозированных облучений роговицы лазерным излучением можно исправить её изъяны, восстановив нормальное зрение.

Трудно переоценить значение применения лазерной терапии при лечении многочисленных онкологических заболеваний, вызванных неконтролируемым делением видоизменённых клеток. Точно фокусируя луч лазера на скоплении раковых клеток, можно полностью уничтожить эти скопления, не повреждая здоровые клетки.

Разнообразные лазерные зонды широко используются при диагностике заболеваний различных внутренних органов, особенно в тех случаях, когда применение других методов невозможно или сильно затруднено.

В лечебных целях применяется низкоэнергетическое лазерное излучение. В основе лазеротерапии лежит сочетание воздействия на организм импульсного широкополосного излучения ближнего инфракрасного диапазона совместно с постоянным магнитным полем. В основе терапевтического (лечебного) эффекта лазерного излучения с живым организмом лежат фотофизические и фотохимические реакции. На клеточном уровне в ответ на действие лазерного излучения изменяется энергетическая активность клеточных мембран, происходит активизация ядерного аппарата клеток системы ДНК – РНК – белка, а, следовательно, увеличение биоэнергетического потенциала клеток. Реакция на уровне организма в целом выражается в клинических проявлениях. Это обезболивающий, противовоспалительный и противоотечный эффекты, улучшение микроциркуляции не только в облучаемых, но и в окружающих тканях, ускорение заживления поврежденной ткани, стимуляция общих и местных факторов иммунозащиты, снижение в крови холецистита, бактериостатический эффект.

«Лазеры в современной клинической практике» - так называлось научное сообщение директора ИОФ РАН им. А.М. Прохорова академика Ивана Щербакова, которое тот сделал на заседании Президиума РАН 16 февраля 2016 г. Речь шла о новом поколении лазерной медицинской техники, лазерных технологиях в диагностике и лечении различных заболеваний, основанных на результатах фундаментальных исследований в области лазерной физики. Релевантными исследованиями занимается и ИОФ РАН, и целый ряд результатов этих исследований внедрены или внедряются в клиническую практику.

Механизм действия лазера как медицинского инструмента состоит в том, что в живую ткань попадает сфокусированный инфракрасный луч. В точке размером 2-3 микрона мгновенно концентрируется большая энергия и происходит микровзрыв. Эти микровзрывы кладутся один к другому с огромной частотой на всей площади воздействия, тем самым разрывая ткань. Лазер работает как скальпель, только изнутри ткани. Хирурги в настоящее время используют четыре различных эффекта лазера - термический, механический, фотохимический и эффект сварки тканей. Еще одна широчайшая область применения лазеров - диагностика самых разных заболеваний.

В частности, применение лазеров очень популярно в офтальмологии, где уже десятилетия используют лазерный луч как малоинвазивный и точный хирургический инструмент. В лечении глазных заболеваний применяются разные типы лазеров, с разным источником и длиной волны. Длина волны лазерного излучения определяет область применения лазера в офтальмологии.

Например, аргоновый лазер излучает свет в синем и зеленом диапазонах, совпадающий со спектром поглощения гемоглобина. Это позволяет эффективно использовать аргоновый лазер при лечении сосудистой патологии: диабетической ретинопатии, тромбозах вен сетчатки, ангиоматозе Гиппеля-Линдау, болезни Коатса и др.; 70% сине-зеленого излучения поглощается меланином и преимущественно используется для воздействия на пигментированные образования. Криптоновый лазер излучает свет в желтом и красном диапазонах, которые максимально поглощаются пигментным эпителием и сосудистой оболочкой, не вызывая повреждения нервного слоя сетчатки, что особенно важно при коагуляции центральных отделов сетчатки.

В последнее время в клинической практике разработан целый ряд операций с использованием короткоимпульсных лазеров - с длительностью импульса в 250, 300, 400 фемтосекунд. Эти операции очень эффективны и точны, потому что чем короче импульс - тем меньше точка, в которую нужно его сфокусировать, и, следовательно, тем меньше инвазивность и травматичность. С помощью фемтосекундных лазеров врачи производят самые разные операции по коррекции зрения.

Еще одна отрасль медицины, где медицинское применение лазеров приобрело заслуженную популярность - урология. Mеханический эффект лазера проявляется, например, при воздействии на камни в почках, причем даже самые опасные и сложные по форме. Применение лазера приводит к раздроблению камней и выведению их при проведении малоинвазивной операции.

Далее, при помощи лазера можно удалять опухоли головного мозга и выполнять многие нейрохирургические операции. В современной нейроонкологии используют методы лазерной микрохирургии, лазерной стереотаксии, лазерной эндоскопии и интерстициальной лазерной термотерапии. Применение нейрохирургической лазерной техники позволяет повысить радикальность и снизить травматичность операции при опухолях, располагающихся в «критических» областях мозга, поражающих жизненно важные и функционально значимые его отделы, при условии щадящего отношения к смежным мозговым структурам, сохранения анатомической и функциональной целости сосудов головного мозга.

Очень популярны и быстро развиваются лазерные технологии в косметологии и дерматологии. При помощи лазерного луча сегодня возможно удалять самые разные дефекты кожи, в том числе рубцы - как поверхностные, так и глубокие. При этом происходит стимуляция образования нового коллагена, скрывающего рубец. С другой стороны, лазерная хирургия - это и новый подход к деструкции поверхностных злокачественных и предраковых поражений кожи или слизистой оболочки.

ВВЕДЕНИЕ

Основными инструментами, которые применяет хирург для диссекции тканей, являются скальпель и ножницы, т. е. режущие инструменты. Однако раны и разрезы, производимые скальпелем и ножницами, сопровождаются кровотечением, требующим применения специальных мер гемостаза. Кроме того, при контакте с тканями режущие инструменты могут распространять микрофлору и клетки злокачественных опухолей вдоль линии разреза. В связи с этим с давних пор хирурги мечтали иметь в своем распоряжении такой инструмент, который производил бы бескровный разрез, одновременно уничтожая патогенную микрофлору и опухолевые клетки в операционной ране. Вмешательства на «сухом операционном поле» являются идеалом для хирургов любого профиля.

Попытки создать «идеальный» скальпель относятся к концу прошлого века, когда был сконструирован так называемый электронож, работающий с использованием токов высокой частоты. Этот прибор в более совершенных вариантах в настоящее время применяют довольно широко хирурги различных специальностей. Однако по мере накопления опыта выявлены отрицательные стороны «электрохирургии», основной из которых является слишком большая зона термического ожога тканей в области проведения разреза. Известно, что чем шире зона ожога, тем хуже заживает хирургическая рана. Кроме того, при использовании электроножа возникает необходимость включения тела больного в электрическую цепь. Электрохирургические аппараты отрицательно влияют на работу электронных приборов и устройств слежения за жизнедеятельностью организма во время операции. Криохирургические аппараты также вызывают значительное повреждение тканей, ухудшающее процесс заживления. Скорость рассечения тканей криоскальпелем очень низка. Фактически при этом происходит не рассечение, а деструкция тканей. Значительную зону ожога наблюдают и при использовании плазменного скальпеля. Если принять во внимание, что луч лазера обладает выраженными гемостатическими свойствами, а также способностью герметизировать бронхиолы, желчевыводящие протоки и протоки поджелудочной железы, то применение лазерной техники в хирургии становится исключительно перспективным. Кратко перечисленные некоторые достоинства применения лазеров в хирургии относятся прежде всего к лазерам на углекислом газе (С0 2 -лазерам). Кроме них, в медицине применяют лазеры, работающие на других принципах и на других рабочих веществах. Эти лазеры обладают принципиально другими качествами при воздействии на биологические ткани и применяющих по сравнительно узким показаниям, в частности в сердечно-сосудистой хирургии, в онкологии, для лечения хирургических заболеваний кожи и видимых слизистых оболочек и др.

ЛАЗЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

Несмотря на общую природу световых и радиоволн, многие годы оптика и радиоэлектроника развивались самостоятельно, независимо друг от друга. Казалось, что источники света -- возбужденные частицы и генераторы радиоволн -- имеют мало общего. Лишь с середины XX столетия появились работы по созданию молекулярных усилителей и генераторов радиоволн, которые положили начало новой самостоятельной области физики -- квантовой электронике.

Квантовая электроника изучает методы усиления и генерации электромагнитных колебаний с использованием вынужденного излучения квантовых систем. Достижения в этой области знаний находят все большее применение в науке и технике. Ознакомимся с некоторыми явлениями, лежащими в основе квантовой электроники и работы оптических квантовых генераторов -- лазеров.

Лазеры представляют собой источники света, работающие на базе процесса вынужденного (стимулированного, индуцированного) испускания фотонов возбужденными атомами или молекулами под воздействием фотонов излучения, имеющих ту же частоту. Отличительной чертой этого процесса является то, что фотон, возникающий при вынужденном испускании, идентичен вызвавшему его появление внешнему фотону по частоте, фазе, направлению и поляризации. Это определяет уникальные свойства квантовых генераторов: высокая когерентность излучения в пространстве и во времени, высокая монохроматичность, узкая направленность пучка излучения, огромная концентрация потока мощности и способность фокусироваться в очень малые объемы. Лазеры создаются на базе различных активных сред: газообразной, жидкой или твердой. Они могут давать излучение в весьма широком диапазоне длин волн - от 100 нм (ультрафиолетовый свет) до 1.2 мкм (инфракрасное излучение) - и могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

Лазер состоит из трех принципиально важных узлов: излучателя, системы накачки и источника питания, работа которых обеспечивается с помощью специальных вспомогательных устройств.

Излучатель предназначен для преобразования энергии накачки (перевода гелий-неоновой смеси 3 в активное состояние) в лазерное излучение и содержит оптический резонатор, представляющий собой в общем случае систему тщательно изготовленных отражающих, преломляющих и фокусирующих элементов, во внутреннем пространстве которого возбуждается и поддерживается определенный тип электромагнитных колебаний оптического диапазона. Оптический резонатор должен иметь минимальные потери в рабочей части спектра, высокую точность изготовления узлов и их взаимной установки.

Создание лазеров оказалось возможным в результате реализации трех фундаментальных физических идей: вынужденного излучения, создания термодинамически неравновесной инверсной населенности энергетических уровней атомов и использования положительной обратной связи.

Возбужденные молекулы (атомы) способны излучать фотоны люминесценции. Такое излучение является спонтанным процессом. Оно случайно и хаотично по времени, частоте (могут быть переходы между разными уровнями), по направлению распространения и поляризации. Другое излучение -- вынужденное, или индуцированное -- возникает при взаимодействии фотона с возбужденной молекулой, если энергия фотона равна разности соответствующих уровней энергии. При вынужденном (индуцированном) излучении число переходов, совершаемых в секунду, зависит от числа фотонов, попадающих в вещество за это же время, т. е. от интенсивности света, а также от числа возбужденных молекул. Другими словами, число вынужденных переходов будет тем больше, чем выше населенность соответствующих возбужденных энергетических состояний.

Индуцированное излучение тождественно падающему во всех отношениях, в том числе и по фазе, поэтому можно говорить о когерентном усилении электромагнитной волны, что используется в качестве первой основополагающей идеи в принципах лазерной генерации.

Вторая идея, реализуемая при создании лазеров, заключается в создании термодинамически неравновесных систем, в которых вопреки закону Больцмана, на более высоком уровне находится больше частиц, чем на более низком. Состояние среды, в котором хотя бы для двух энергетических уровней оказывается, что число частиц с большей энергией превосходит число частиц с меньше энергией, называется состоянием с инверсной населенностью уровней, а среда -- активной. Именно активная среда, в которой фотоны взаимодействуют с возбужденными атомами, вызывая их вынужденные переходы на более низкий уровень с испускание квантов индуцированного (вынужденного) излучения, является рабочим веществом лазера. Состояние с инверсной населенностью, уровней формально получается из распределения Больцмана для Т < 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.

Состояние с инверсной населенностью можно создать, отбирая частицы с меньшей энергией или специально возбуждая частицы, например, светом или электрическим разрядом. Само по себе состояние с отрицательной температурой долго не существует.

Третья идея, используемая в принципах лазерной генерации, возникла в радиофизике и заключается в использовании положительной обратной связи. При ее осуществлении часть генерируемого вынужденного излучения остается внутри рабочего вещества и вызывает вынужденное излучение все новыми и новыми возбужденными атомами. Для реализации такого процесса активную среду помещают в оптический резонатор, состоящий обычно из двух зеркал, подобранных так, чтобы возникающее в нем излучение многократно проходило через активную среду, превращая ее в генератор когерентного вынужденного излучения.

Первый такой генератор в диапазоне СВЧ (мазер) был сконструирован в 1955 г. независимо советскими учеными Н. Г. Басоиым и А. М. Прохоровым и американскими -- Ч. Таунсом и др.. Так как работа этого прибора была основана на вынужденном излучении молекул аммиака, то генератор был назван молекулярным.

В 1960 г. был создан первый квантовый генератор видимого диапазона излучения -- лазер с кристаллом рубина в качестве рабочего вещества (активной среды). В том же году был создан газовый гелий-неоновый лазер. Все огромное многообразие созданных в настоящее время лазеров можно классифицировать по видам рабочего вещества: различают газовые, жидкостные, полупроводниковые и твердотельные лазеры. В зависимости от типа лазера энергия для создания инверсной населенности сообщается разными способами: возбуждение очень интенсивным светом -- «оптическая накачка», электрическим газовым разрядом, в полупроводниковых лазерах -- электрическим током. По характеру свечения лазеры подразделяют на импульсные и непрерывные.

Рассмотрим принцип работы твердотельного рубинового лазера. Рубин -- это кристалл окиси алюминия Аl 2 0 3 , содержащий в виде примеси примерно 0,05% ионов хрома Сг 3+ . Возбуждение ионов хрома осуществляют методом оптической накачки с помощью импульсных источников света большой мощности. В одной из конструкций применяют трубчатый отражатель, имеющий в сечении форму эллипса. Внутри отражателя помещены прямая ксеноновая импульсная лампа и рубиновый стержень, расположенные вдоль линий, проходящих через фокусы эллипса (рис. 1). Внутренняя поверхность алюминиевого отражателя хорошо отполирована или посеребрена. Основное свойство эллиптического отражателя заключается в том, что свет, вышедший из одного его фокуса (ксеноновой лампы) и отраженный от стенок, попадает в другой фокус отражателя (рубиновый стержень).

Рубиновый лазер работает по трехуровневой схеме (рис. 2 а). В результате оптической накачки ионы хрома переходят с основного уровня 1 в короткоживущее возбужденное состояние З. Затем происходит безызлучательный переход в долгоживущее (метастабильное) состояние 2, с которого вероятность спонтанного излучательного перехода относительно мала. Поэтому происходит накопление возбужденных ионов в состоянии 2 и создается инверсная населенность между уровнями 1 и 2. В обычных условиях переход со 2-го на 1-й уровень происходит спонтанно и сопровождается люминесценцией с длиной волны 694,3 нм. В резонаторе лазера есть два зеркала (см. рис. 1), одно из которых имеет коэффициент отражения R интенсивности отраженного и падающего на зеркало света), другое зеркало полупрозрачное и пропускает часть падающего на него излучения {R < 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.

Наряду с рубиновым лазером, работающим по трехуровневой схеме, широкое распространение получили четырехуровневые схемы лазеров на ионах редкоземельных элементов (неодим, самарий и др.), внедренных в кристаллическую или стеклянную матрицы (рис. 24, б). В таких случаях инверсная населенность создается между двумя возбужденными уровнями: долгоживущий уровнем 2 и короткоживущим уровнем 2".

Очень распространенным газовым лазером является гелий-неоновый, возбуждение в котором возникает при электрическом разряде. Активной средой в нем служит смесь гелия и неона в соотношении 10:1 и давлении около 150 Па. Излучающими являются атомы неона, атомы гелия играют вспомогательную роль. На рис. 24, в показаны энергетические уровни атомов гелия и неона. Генерация происходит при переходе между 3 и 2 уровнями неона. Для того чтобы создать между ними инверсную населенность, необходимо заселить уровень 3 и опустошить уровень 2. Заселение уровня 3 происходит с помощью атомов гелия. При электрическом разряде электронным ударом происходит возбуждение атомов гелия в долгоживущее состояние (со временем жизни около 10 3 с). Энергия этого состояния очень близка к энергии уровня 3 неона, поэтому при соударении возбужденного атома гелия с невозбужденным атомом неона происходит передача энергии, в результате чего заселяется уровень 3 неона. Для чистого неона время жизни на этом уровне мало и атомы переходят на уровни 1 или 2, реализуется больцмановское распределение. Опустошение уровня 2 неона происходит в основном за счет спонтанного перехода его атомов в основное состояние при соударениях со стенками разрядной трубки. Так обеспечивается стационарная инверсная населенность уровней 2 и 3 неона.

Основным конструктивным элементом гелий-неонового лазер - (рис. 3) является газоразрядная трубка диаметром около 7 мм. В трубку вмонтированы электроды для создания газового разряда и возбуждения гелия. На концах трубки под углом Брюстера расположены окна, благодаря которым излучение оказывается плоскополяризованным. Плоскопараллельные зеркала резонатора монтируются вне трубки, одно из них полупрозрачное (коэффициент отражения R < 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Зеркала резонатора делают с многослойными покрытиями, и вследствие интерференции создается необходимый коэффициент отражения для заданной длины волны. Чаще всего используются гелий-неоновые лазеры, излучающие красный свет с длиной волны 632,8 нм. Мощность таких лазеров небольшая, она не превышает 100 мВт.

Применение лазеров основано на свойствах их излучения: высокая монохроматичность (~ 0,01 нм), достаточно большая мощность, узость пучка и когерентность.

Узость светового пучка и малая его расходимость позволили использовать лазеры для измерения расстояния между Землей и Луной (получаемая точность -- около десятков сантиметров), скорости вращения Венеры и Меркурия и др.

На когерентности лазерного излучения основано их применение в голографии. .На основе гелий-неонового лазера с использованием волоконной оптики разработаны гастроскопы, которые позволяют голографически формировать объемное изображение внутренней полости желудка.

Монохроматичность лазерного излучения очень удобна при возбуждении спектров комбинационного рассеяния света атомами и молекулами.

Широкое применение лазеры нашли в хирургии, стоматологии, офтальмологии, дерматологии, онкологии. Биологические эффекты лазерного излучения зависят как от свойств биологического материала, так и от свойств лазерного излучения.

Все лазеры, используемые в медицине, условно подразделяются на 2 вида: низкоинтенсивные (интенсивность не превышает 10 Вт/см 2 , чаще всего составляет около 0,1 Вт/см 2) -- терапевтические и высокоинтенсивные -- хирургические. Интенсивность наиболее мощных лазеров может достигать 10 14 Вт/см 2 , в медицине обычно используются лазеры с интенсивностью 10 2 -- 10 6 Вт/см 2 .

Низкоинтенсивные лазеры -- это такие, которые не вызывают заметного деструктивного действия на ткани непосредственно во время облучения. В видимой и ультрафиолетовой областях спектра их эффекты обусловлены фотохимическими реакциями и не отличаются от эффектов, вызываемых монохроматическим светом, полученным от обычных, некогерентных источников. В этих случаях лазеры являются просто удобными монохроматическими источниками света, обеспечивающими точную локализацию и дозированность воздействия. Примерами может служить использование света гелий-неоновых лазеров для лечения трофических язв, ишемической болезни сердца и др., а также криптоновых и др. лазеров для фотохимического повреждения опухолей в фотодинамической терапии.

Качественно новые явления наблюдаются при использовании видимого или ультрафиолетового излучения высокоинтенсивных лазеров. В лабораторных фотохимических экспериментах с обычными источниками света, а также в природе при действии солнечного света обычно осуществляется однофотонное поглощение. Об этом говорится во втором законе фотохимии, сформулированном Штарком и Эйнштейном: каждая молекула, участвующая в химической реакции, идущей под действием света, поглощает один квант излучения, который вызывает реакцию. Однофотонность поглощения, описываемая вторым законом, выполняется потому, что при обычных интенсивностях света практически невозможно одновременное попадание в молекулу, находящуюся в основном состоянии, двух фотонов. Если бы такое событие осуществилось, то выражение приобрело бы вид:

2hv = E t - E k ,

что означало бы суммирование энергии двух фотонов для перехода молекулы из энергетического состояния E k в состояние с энергией Е г. Не происходит также поглощения фотонов электронно-возбужденными молекулами, так как их время жизни мало, а обычно используемые интенсивности облучения невелики. Поэтому концентрация электронно-возбужденных молекул низка, и поглощение ими еще одного фотона чрезвычайно маловероятно.

Однако если увеличить интенсивность света, то становится возможным двухфотонное поглощение. Например, облучение растворов ДНК высокоинтенсивным импульсным лазерным излучением с длиной волны около 266 нм приводило к ионизации молекул ДНК, подобной вызываемой у-излучением. Воздействие ультрафиолета с низкой интенсивностью ионизации не вызывало. Установлено, что при облучении водных растворов нуклеиновых кислот или их оснований пикосекундными (длительность импульса 30 пс) или наносекундными (10 нс) импульсами с интенсивностями выше 10 6 Вт/см 2 приводило к электронным переходам, завершавшимся ионизацией молекул. При пикосекундных импульсах (рис. 4, а) заселение высоких электронных уровней происходило по схеме (S 0 --> S1 --> S n), а при hv hv наносекундных (рис. 4., б) -- по схеме (S 0 --> S1 -> Т г -> Т п). В обоих случаях молекулы получали энергию, превышающую энергию ионизации.

Полоса поглощения ДНК располагается в ультрафиолетовой области спектра при < 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).

Поглощение любого излучения приводит к выделению некоторого количества энергии в виде тепла, которое рассеивается от возбужденных молекул в окружающее пространство. Инфракрасное излучение поглощается главным образом водой и вызывает в основном тепловые эффекты. Поэтому излучение высокоинтенсивных инфракрасных лазеров вызывает заметное немедленное тепловое действие на ткани. Под тепловым воздействием лазерного излучения в медицине понимают в основном испарение (резание) и коагуляцию биотканей. Это касается различных лазеров с интенсивностью от 1 до 10 7 Вт/см 2 и с продолжительностью облучения от миллисекунд до нескольких секунд. К ним относятся, например, газовый С0 2 -лазер (с длиной волны 10,6 мкм), Nd:YAG-лазep (1,064 мкм) и другие. Nd:YAG-лазep -- наиболее широко исполь-зуемый твердотельный четырехуровневый лазер. Генерация осуществляется на переходах ионов неодима (Nd 3+),введенных в кристаллыY 3 Al 5 0 12 иттрий-алюминиевого граната (YAG).

Наряду с нагревом ткани происходит отвод части тепла за счет теплопроводности и тока крови. При температурах ниже 40 °С не обратимые повреждение не наблюдаются. При температуре 60 °С начинается денатурация белков, коагуляция тканей и некроз. При 100- 150 °С вызывается обезвоживание и обугливание, а при температурах свыше 300 °С ткань испаряется.

Когда излучение исходит от высокоинтенсивного сфокусированного лазера, количество выделяющегося тепла велико, в ткани возникает температурный градиент. В месте падения луча ткань испаряется, в прилегающих областях пронсходит обугливание и коагуляция (рис. 6). Фотоиспарение является способом послойного удаления или разрезания ткани. В результате коагуляции завариваются сосуды и останавливается кровотечение. Так сфокусированным лучом непрерывного С0 2 -лазера () с мощностью около 2 * 10 3 Вт/см 2 пользуются как хирургическим скальпелем для разрезания биологических тканей.

Если уменьшать длительность воздействия (10 - 10 с) и увеличивать интенсивность (выше 10 6 Вт/см 2), то размеры зон обугливания и коагуляции становятся пренебрежимо малыми. Такой процесс называют фотоабляцией (фотоудалением) и используют для послойного удаления ткани. Фотоабляция возникает при плотностях энергии 0,01--100 Дж/см 2 .

При дальнейшем повышении интенсивности (10 Вт/см и выше) возможен еще один процесс -- «оптический пробой». Это явление заключается в том, что из-за очень высокой напряженности электрического поля лазерного излучения (сравнимой с напряженностью внутриатомных электрических полей) материя ионизации, образуется плазма и генерируются механические ударные волны. Для оптического пробоя не требуется поглощения квантов света веществом в обычном смысле, он наблюдается прозрачных средах, например в воздухе.