Upotreba laserskih uređaja povezana je s određenom opasnošću za ljude. U ovom radu će se razmatrati samo značajke praktične primjene laserskih uređaja i metode zaštite povezane s mogućnošću oštećenja očiju i kože osobe. Istovremeno, temeljni regulatorni dokumenti su: 825. publikacija Međunarodne tehničke komisije (IEC) pod nazivom „Radiciona sigurnost laserskih proizvoda, klasifikacija opreme, zahtjevi i smjernice za potrošače“ kao najkompetentnija preporuka svjetske klase; najnoviji domaći razvoj SNiP-a; GOS
Lasersko zračenje bilo koje valne dužine direktno utječe na osobu; međutim, zbog spektralnih karakteristika oštećenja organa i značajno različitih maksimalnih dopuštenih doza zračenja, obično se razlikuju učinci na oči i kožu osobe.
Postoje dvije oblasti primjene lasera i industrije. Prvi smjer je povezan s ciljanim utjecajem na obrađenu tvar (mikrozavarivanje, toplinska obrada, rezanje krhkih i tvrdih materijala, podešavanje parametara mikrokruga itd.), Drugi smjer - medicina - se sve više razvija.
Domet talasne dužine koje emituju laseri pokrivaju vidljivi spektar i protežu se u infracrveno i ultraljubičasto područje. Za svaki režim rada lasera i spektralni opseg, preporučeni su odgovarajući maksimalno dozvoljeni nivoi (MPL) za energiju (W) i snagu (P) zračenja koje je prošlo kroz granični otvor d = 7 mm. Za vidljivi opseg ili d = 1,1 mm, za ostatak, izlaganje energiji (H) i zračenje (E) usrednjeno preko graničnog otvora: H = W / Sa , E = P / Sa , gde je Sa granični otvor blende.
Hronične MRL su 5 do 10 puta niže od onih kod jednokratne izloženosti. Uz istovremeno djelovanje LI različitih raspona, njihovo djelovanje se zbraja množenjem odgovarajućim energetskim unosom.
Lasersko zračenje karakteriziraju neke karakteristike:
1 - široki spektar (&=0.2..1 µm) i dinamički (120..200 dB);
2 - kratko trajanje impulsa (do 0,1 ns);
3 - velika gustina snage (do 1e+9 W/cm^2) energije;
4 - Mjerenje energetskih parametara i karakteristika laserskog zračenja
Vrste djelovanja laserskog zračenja
Najopasnije lasersko zračenje talasne dužine:
- 380¸1400 nm - za retinu,
- 180¸380 nm i preko 1400 nm - za prednje medije oka,
- 180¸105 nm (tj. u cijelom razmatranom rasponu) - za kožu.
Glavna opasnost u radu lasera je direktno lasersko zračenje.
Stepen potencijalne opasnosti laserskog zračenja zavisi od snage izvora, talasne dužine, trajanja impulsa i čistoće njegovog praćenja, uslova okoline, refleksije i raspršenja zračenja.
Biološki efekti koji se javljaju prilikom izlaganja laserskom zračenju na ljudsko tijelo dijele se u dvije grupe:
- Primarni efekti - organske promjene koje se javljaju direktno u ozračenim tkivima;
- Sekundarni efekti - nespecifične promjene koje se javljaju u tijelu kao odgovor na zračenje.
- Ljudsko oko je najosjetljivije na oštećenja laserskim zračenjem. Laserski snop fokusiran na retinu očnim sočivom izgledat će kao mala mrlja s još gušćom koncentracijom energije od zračenja koje pada na oko. Stoga je ulazak laserskog zračenja u oko opasno i može uzrokovati oštećenje mrežnice i žilnice s oštećenjem vida. Pri niskim gustoćama energije dolazi do krvarenja, a pri visokim gustoćama energije dolazi do opekotina, rupture retine i pojave očnih mjehurića u staklastom tijelu.
- Lasersko zračenje također može uzrokovati oštećenje kože i unutrašnjih organa osobe. Oštećenje kože laserskim zračenjem slično je termalnoj opeklini. Na stepen oštećenja utiču i ulazne karakteristike lasera i boja i stepen pigmentacije kože. Intenzitet zračenja koje uzrokuje oštećenje kože mnogo je veći od intenziteta koji uzrokuje oštećenje oka.
Osiguravanje laserske sigurnosti
Metode i sredstva zaštite od izlaganja laserskom zračenju mogu se podijeliti na organizacionu, inženjersku i ličnu zaštitnu opremu. Pouzdana zaštita od slučajnog kontakta s osobom je zaštita snopa svjetlosnim vodičem duž cijelog puta njegovog djelovanja. Kao lična zaštitna oprema koriste se specijalne naočale, naočare u kojima su odabrane u skladu sa GOST 9411-81E; tehnološke haljine i rukavice od svijetlozelene ili plave pamučne tkanine.
Prezentacija za rad predstavlja pokazatelje dozvoljenih nivoa laserskog zračenja, kao i ilustrativni materijal o vrstama negativnih efekata laserskog zračenja na ljudski organizam i načinima zaštite.
Lasersko zračenje su usko usmjereni prisilni energetski tokovi. Može biti kontinuirana, jednosnažna ili impulsna, gdje snaga periodično dostiže određeni vrh. Energija se stvara pomoću kvantnog generatora - lasera. Protok energije je elektromagnetnih talasa koje se šire paralelno jedna s drugom. Time se stvara minimalni ugao raspršenja svjetlosti i određena precizna usmjerenost.
Obim primjene laserskog zračenja
Svojstva laserskog zračenja omogućavaju njegovu upotrebu u različitim sferama ljudske aktivnosti:
- nauka - istraživanja, eksperimenti, eksperimenti, otkrića;
- vojna odbrambena industrija i svemirska navigacija;
- proizvodno-tehnička sfera;
- lokalna termička obrada - zavarivanje, rezanje, graviranje, lemljenje;
- kućna upotreba – laserski čitači bar kodova, CD čitači, pokazivači;
- lasersko taloženje za povećanje otpornosti metala na habanje;
- stvaranje holograma;
- poboljšanje optičkih uređaja;
- hemijska industrija - pokretanje i analiza reakcija.
Upotreba lasera u medicini
Lasersko zračenje u medicini predstavlja napredak u liječenju pacijenata kojima je potrebna hirurška intervencija. Laser se koristi za proizvodnju hirurških instrumenata.
Neosporne prednosti kirurškog liječenja laserskim skalpelom su očigledne. Omogućava vam da napravite beskrvni rez mekih tkiva. To je osigurano trenutnim prianjanjem malih sudova i kapilara. Tokom upotrebe ovakvog instrumenta, hirurg u potpunosti sagledava celokupno hirurško polje. Laserski tok energije secira na određenoj udaljenosti, bez kontakta sa unutrašnjim organima i sudovima.
Važan prioritet je osigurati apsolutnu sterilnost. Stroga usmjerenost zraka omogućuje vam izvođenje operacija uz minimalnu traumu. Period rehabilitacije pacijenata značajno je smanjen. Čovjekova radna sposobnost se brže vraća. Posebnost upotrebe laserskog skalpela je bezbolnost u postoperativnom periodu.
Razvoj laserskih tehnologija omogućio je proširenje mogućnosti njegove primjene. Utvrđeno je da svojstva laserskog zračenja pozitivno utiču na stanje kože. Stoga se aktivno koristi u kozmetologiji i dermatologiji.
U zavisnosti od tipa, ljudska koža upija zrake i različito reaguje na njih. Uređaji za lasersko zračenje mogu stvoriti željenu valnu dužinu u svakom konkretnom slučaju.
primjena:
- epilacija - uništavanje folikula dlake i uklanjanje dlaka;
- tretman akni;
- uklanjanje staračkih pjega i madeža;
- obnavljanje kože;
- primjena kod bakterijskih lezija epiderme (dezinficira, ubija patogenu mikrofloru), lasersko zračenje sprječava širenje infekcije.
Oftalmologija je prva grana koja koristi lasersko zračenje. Upute za upotrebu lasera u mikrohirurgiji oka:
- laserska koagulacija - korištenje toplinskih svojstava za liječenje vaskularnih bolesti oka (oštećenje krvnih žila rožnice, retine);
- fotodestrukcija - disekcija tkiva na vrhuncu snage lasera (sekundarna katarakta i njena disekcija);
- fotoevaporacija - produženo izlaganje toplini, koristi se kod upalnih procesa optičkog živca, s konjuktivitisom;
- fotoablacija - postupno uklanjanje tkiva, koristi se za liječenje degenerativnih promjena na rožnici, eliminira njeno zamućenje, kirurško liječenje glaukoma;
- laserska stimulacija - djeluje protuupalno, razrješava, poboljšava trofizam oka, koristi se za liječenje skleritisa, eksudacije u očnoj komori, hemoftalmusa.
Lasersko zračenje se koristi kod onkoloških oboljenja kože. Najefikasniji laser za uklanjanje melanoblastoma. Ponekad se metoda koristi za liječenje raka jednjaka ili rektuma stadijuma 1-2. Sa dubokom lokacijom tumora i metastazama, laser nije efikasan.
Kakvu opasnost predstavlja laser za ljude?
Učinak laserskog zračenja na ljudski organizam može biti negativan. Zračenje može biti direktno, difuzno i reflektovano. Negativan utjecaj pružaju svjetlosna i termička svojstva zraka. Stepen oštećenja zavisi od nekoliko faktora - dužine elektromagnetnog talasa, mesta udara, apsorpcionog kapaciteta tkiva.
Laserska energija najviše utiče na oči. Retina oka je veoma osetljiva, pa često peče. Posljedice - djelomični gubitak vida, nepovratno sljepilo. Izvor laserskog zračenja su infracrveni uređaji koji emituju vidljivu svjetlost.
Simptomi oštećenja šarenice, mrežnice, rožnjače, lasera sočiva:
- bol i grčevi u oku;
- oticanje očnih kapaka;
- hemoragije;
- katarakta.
Pri zračenju srednjeg intenziteta dolazi do termičkih opekotina kože. Na mjestu kontakta između lasera i kože, temperatura naglo raste. Dolazi do ključanja i isparavanja intracelularne i intersticijske tekućine. Koža postaje crvena. Pod pritiskom dolazi do rupture tkivnih struktura. Na koži se pojavljuje edem, u nekim slučajevima intradermalna krvarenja. Nakon toga, na mjestu opekotine pojavljuju se nekrotična (mrtva) područja. U teškim slučajevima, pougljenje kože nastaje trenutno.
Posebnost laserske opekline su jasne granice lezije kože, a mjehurići se formiraju u epidermi, a ne ispod nje.
Kod difuzne lezije kože na mjestu lezije ona postaje neosjetljiva, a nakon nekoliko dana pojavljuje se eritem.
Infracrveno lasersko zračenje može prodrijeti duboko kroz tkiva i utjecati na unutrašnje organe. Karakteristika duboke opekotine je izmjena zdravog i oštećenog tkiva. U početku, kada je izložena zracima, osoba ne osjeća bol. Najranjiviji organ je jetra.
Djelovanje zračenja na tijelo u cjelini uzrokuje funkcionalne poremećaje centralnog nervni sistem, kardiovaskularna aktivnost.
znakovi:
- pad krvnog pritiska;
- pojačano znojenje;
- neobjašnjivi opšti umor;
- razdražljivost.
Mjere opreza i zaštita od laserskog zračenja
Ljudi čije su aktivnosti povezane s upotrebom kvantnih generatora su najviše izloženi riziku od izlaganja.
U skladu sa sanitarnim standardima, lasersko zračenje je podijeljeno u četiri klase opasnosti. Za ljudski organizam opasnost je druga, treća, četvrta klasa.
Tehničke metode zaštite od laserskog zračenja:
- Pravilno planiranje industrijskih prostorija, unutrašnja dekoracija mora biti u skladu sa sigurnosnim propisima (laserski snopovi se ne smiju ogledati).
- Odgovarajuće postavljanje zračećih instalacija.
- Ograđivanje zone moguće izloženosti.
- Red i poštovanje pravila za održavanje i rad opreme.
Druga laserska zaštita je individualna. Uključuje takva sredstva: naočale od laserskog zračenja, zaštitne navlake i ekrane, komplet kombinezona (tehnološki kaputi i rukavice), leće i prizme koje reflektiraju zrake. Svi zaposleni moraju redovno prolaziti preventivne ljekarske preglede.
Upotreba lasera u svakodnevnom životu također može biti opasna po zdravlje. Nepravilan rad svjetlosnih pokazivača, laserskih svjetiljki može uzrokovati nepopravljivu štetu osobi. Zaštita od laserskog zračenja predviđa jednostavna pravila:
- Ne usmjeravajte izvor zračenja na staklo i ogledala.
- Strogo je zabranjeno usmjeravanje lasera u oči sebi ili drugoj osobi.
- Držite gadžete sa laserskim zračenjem van domašaja dece.
Djelovanje lasera, ovisno o modifikaciji emitera, je toplinsko, energetsko, fotohemijsko i mehaničko. Najveća opasnost je laser sa direktnim zračenjem, visokog intenziteta, uske i ograničene usmjerenosti snopa, velike gustine zračenja. Opasnosti koje doprinose izloženosti uključuju visok proizvodni napon u mreži, zagađenje zraka hemikalije, intenzivna buka, rendgenski zraci. Biološki efekti laserskog zračenja dijele se na primarne (lokalne opekotine) i sekundarne (nespecifične promjene kao odgovor cijelog organizma). Treba imati na umu da nepromišljena upotreba domaćih lasera, svjetlosnih pokazivača, lampi, laserskih svjetiljki može uzrokovati nepopravljivu štetu drugima.
Optički kvantni generatori (OCG, laseri) su uređaji koji predstavljaju izvor svjetlosnog zračenja potpuno novog tipa. Za razliku od snopa bilo kojeg poznatog izvora svjetlosti, koji nosi elektromagnetne valove različitih dužina, laserski snop je monokromatski (elektromagnetski valovi potpuno iste dužine), ima visoku vremensku i prostornu koherentnost (svi valovi se generiraju istovremeno u jednoj fazi), uska usmjerenost, što dovodi do preciznog malog fokusa. Stoga, gustina snage laserskog zračenja u impulsu može biti ogromna.
Dostupan razne vrste laseri: čvrsto stanje, gdje je emiter solidan- rubin, neodimijum itd., gasni laseri (helijum-neonski, argon, itd.), tečni i poluprovodnički. Laseri mogu raditi u kontinuiranom i impulsnom načinu rada.
Lasersko zračenje karakterišu sledeći glavni parametri: talasna dužina (µm), snaga (W), gustina fluksa snage (W/cm2), energija zračenja (J) i ugaona divergencija zraka (luk min).
Djelokrug JCG je veoma širok: u raznim oblastima nacionalne ekonomije, u komunikacijskoj tehnologiji (omogućava prijenos velike količine informacija), u mikroelektronici, industriji satova, u zavarivanju, lemljenju itd., u naučnim istraživanjima, u istraživanju svemira.
Jedinstvenost laserskog snopa - dobijanje velike snage zračenja na vrlo maloj površini, potpuna sterilnost - omogućava da se koristi u hirurgiji za koagulaciju tkiva tokom operacija na mrežnjači, kao novi istraživački alat u eksperimentalnoj biologiji, u citologiji (zraka može doći do pojedinačnih organela bez oštećenja cijele ćelije) itd.
Sve veći broj pojedinaca se uvlači u opseg lasera; pa ova vrsta zračenja dobija značaj veoma ozbiljnog profesionalnog i higijenskog faktora.
U proizvodnim uvjetima najveća opasnost nije direktan svjetlosni snop, čiji je učinak moguć samo uz grubo kršenje sigurnosnih propisa, već difuzna refleksija i raspršivanje snopa (prilikom vizualnog praćenja snopa koji pogađa cilj, pri posmatranju uređaja blizu putanje zraka, kada se reflektuje od zidova i drugih površina). Reflektirajuće površine su posebno opasne. Iako je intenzitet reflektovanog snopa nizak, nivoi energije koji su sigurni za oči mogu biti prekoračeni. U laboratorijama u kojima rade sa pulsirajućim OCG postoje dodatni nepovoljni faktori: konstantna (80-00 dB) i pulsirajuća (do 120 dB ili više) buka, zasljepljujuća svjetlost lampi pumpe, umor vizualnog analizatora, neuroemocionalni stres , gasne nečistoće u vazdušnom mediju - ozon, azotni oksidi; ultraljubičasto zračenje itd.
Biološko djelovanje lasera
Biološki efekat lasera je posledica dva glavna kriterijuma: 1) fizička karakteristika laser (talasna dužina laserskog zračenja, režim kontinuiranog ili impulsnog zračenja, trajanje impulsa, brzina ponavljanja impulsa, specifična snaga), 2) apsorpcione karakteristike tkiva. Svojstva same biološke strukture (apsorbujuća, reflektujuća sposobnost) utiču na efekte biološkog delovanja lasera.
Djelovanje lasera je višestruko – električno, fotohemijsko; glavno djelovanje je termičko. Najopasniji laseri sa visokom impulsnom energijom.
Direktan svjetlosni monokromatski puls uzrokuje lokalnu opekotinu u zdravom tkivu - koagulaciju proteina, lokalnu nekrozu, oštro ograničenu od susjednog područja, aseptičnu upalu, praćenu razvojem ožiljka vezivnog tkiva. Sa intenzivnim zračenjem - poremećaji vaskularizacije, krvarenja u parenhimskim organima. Uz ponovljeno izlaganje, patološki učinak se povećava. Najosjetljivije su oči (rožnjača i sočivo fokusiraju zračenje na mrežnjaču) i koža, posebno pigmentirana.
Klinika
Direktnim udarcem laserskog snopa u oko - opekotina mrežnice, njeni lomovi. Mogu biti zahvaćeni rožnjača, šarenica, sočivo, koža očnih kapaka. Šteta je obično nepovratna.
Ne samo direktno, već i difuzno reflektovano zračenje s bilo koje površine opasno je za oči. Kod dužeg izlaganja potonjem najčešće se otkrivaju igličasta, sagitatna, a rjeđe tačkasta zamućenja sočiva. Na retini - svijetle, žućkasto-bijele, depigmentirane lezije. U proučavanju funkcionalnog stanja vizualnog analizatora utvrđuje se smanjenje osjetljivosti na svjetlost i kontrast, povećanje vremena oporavka od adaptacije i promjene osjetljivosti na svjetlost. Karakteristične su pritužbe na bol i pritisak u očnim jabučicama, bol u očima, umor očiju do kraja radnog dana, glavobolje.
Pored oštećenja organa vida, pri radu sa OCG-om razvija se kompleks nespecifičnih reakcija različitih organa i sistema.
Klinika općih poremećaja sastoji se od autonomne disfunkcije s dodatkom neurotičnih reakcija na asteničnoj pozadini. S povećanjem profesionalnog iskustva povećava se učestalost neurocirkulatorne distonije u hipotoničnoj ili hipertoničnoj varijanti, ovisno o prirodi laserskog zračenja (kontinuirano, pulsno), kao i stepenu neurotizacije.
Postoje i povrede funkcije vestibularnog aparata, kako u pravcu povećanja tako i smanjenja njegove ekscitabilnosti. Učestalost ovih kršenja takođe se povećava sa povećanjem profesionalnog iskustva.
Od biokemijskih pokazatelja karakteristični su: povećanje razine amonijaka u krvi, povećanje aktivnosti alkalne fosfataze i transferaza, promjena u izlučivanju kateholamina.
U eksperimentu na životinjama, pod djelovanjem niskih energetskih intenziteta, uočene su promjene u cerebralnom krvotoku povezane s promjenama u sistemskoj hemodinamici. Utvrđeno je dejstvo laserske energije na hipotalamus-hipofizni sistem.
Ispitivanje radne sposobnosti
Sa razvojem funkcionalnih poremećaja centralnog nervnog sistema preporučuje se kardiovaskularni aparat, lečenje i privremeni prelazak na drugi posao; povratak na posao kada se stanje poboljša (pod medicinskim nadzorom) i podložni poboljšanim uslovima rada. Oštećenje oka je kontraindikacija za dalji rad sa laserom.
Prevencija
Racionalna organizacija uslova rada u laboratoriji. Postavljanje lasera u izolovanu prostoriju. Alarmni sistem koji osigurava sigurnost tokom rada lasera. Izbjegavajte reflektirajuće površine. Laserski snop mora biti usmjeren na nereflektirajuću i nezapaljivu pozadinu. Zidovi su ofarbani mat - u svetle boje. Zaštita zraka (posebno moćnog laserskog snopa) od emitera do objektiva. Strogo je zabranjeno da osobe tokom rada lasera ostanu u zoni opasnosti od laserskog zračenja. Zabranjeno je boraviti u laboratoriji osobama koje nisu uključene u održavanje lasera. Efikasna ventilacija. Opća i lokalna rasvjeta. Strogo pridržavanje zahtjeva električne sigurnosti, mjera lične zaštite. Upotreba posebno dizajniranih naočara (svaka talasna dužina ima svoj očinski filter). Radite u uslovima opšte jakog osvetljenja u cilju suženja zenice. Prilikom rada sa visokim energijama izbjegavajte kontakt bilo kojeg dijela tijela sa direktnim snopom, preporučuje se nošenje crnih filcanih ili kožnih rukavica. Stroga oftalmološka kontrola. Preliminarni i periodični ljekarski pregledi.
1. Prolaz monohromatske svjetlosti kroz providni medij.
2. Kreiranje inverzne populacije. Metode pumpanja.
3. Princip rada lasera. Vrste lasera.
4. Osobine laserskog zračenja.
5. Karakteristike laserskog zračenja koje se koristi u medicini.
6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod djelovanjem kontinuiranog laserskog zračenja velike snage.
7. Upotreba laserskog zračenja u medicini.
8. Osnovni pojmovi i formule.
9. Zadaci.
Znamo da se svjetlost emituje u zasebnim dijelovima - fotonima, od kojih svaki nastaje kao rezultat radijacionog prijelaza atoma, molekula ili jona. Prirodno svjetlo je skup ogromnog broja takvih fotona, koji se razlikuju po frekvenciji i fazi, emitiranih u nasumično vrijeme u nasumičnim smjerovima. Dobivanje snažnih snopova monokromatskog svjetla korištenjem prirodnih izvora je praktično nerješiv zadatak. U isto vrijeme, potrebu za takvim snopovima osjećali su i fizičari i stručnjaci iz mnogih primijenjenih znanosti. Stvaranje lasera omogućilo je rješavanje ovog problema.
Laser- uređaj koji generiše koherentne elektromagnetne talase usled stimulisane emisije mikročestica sredine u kojoj je visok stepen ekscitacije jednog od nivoi energije.
Laser (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) - pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom.
Intenzitet laserskog zračenja (LI) je višestruko veći od intenziteta prirodnih izvora svjetlosti, a divergencija laserskog snopa je manja od jedne lučne minute (10 -4 rad).
31.1. Prolaz monohromatskog svetla kroz providni medij
U 27. predavanju smo saznali da prolazak svjetlosti kroz materiju prati oba pobuđivanje fotona njegove čestice i dela stimulisana emisija. Razmotrimo dinamiku ovih procesa. Neka se širi u okolini monohromatski svjetlost, čija frekvencija (ν) odgovara prijelazu čestica ovog medija sa nivoa tla (E 1) na pobuđeni nivo (E 2):
Fotoni će udariti čestice u osnovnom stanju biti apsorbovan a same čestice će preći u pobuđeno stanje E 2 (vidi sliku 27.4). Fotoni koji udare u pobuđene čestice iniciraju stimulisanu emisiju (vidi sliku 27.5). U ovom slučaju dolazi do udvostručavanja fotona.
U stanju termička ravnoteža omjer između broja pobuđenih (N 2) i nepobuđenih (N 1) čestica podliježe Boltzmannovoj raspodjeli:
gdje je k Boltzmannova konstanta, T je apsolutna temperatura.
U ovom slučaju, N 1 >N 2 i apsorpcija dominira nad udvostručavanjem. Shodno tome, intenzitet izlazne svetlosti I biće manji od intenziteta upadne svetlosti I 0 (slika 31.1).
Rice. 31.1. Slabljenje svjetlosti koja prolazi kroz medij u kojem je stepen pobuđenosti manji od 50% (N 1 > N 2)
Kako se svjetlost apsorbira, stepen ekscitacije će se povećati. Kada dostigne 50% (N 1 = N 2), između preuzmi i udvostručavanje ravnoteža će biti uspostavljena, jer će vjerovatnoće da fotoni udare u pobuđene i nepobuđene čestice postati iste. Ako osvjetljenje medija prestane, tada će se medij nakon nekog vremena vratiti u početno stanje koje odgovara Boltzmannovoj raspodjeli (N 1 > N 2). Hajde da napravimo preliminarni zaključak:
Kada je medij osvijetljen monohromatskim svjetlom (31.1) nemoguće postići takvo stanje sredine u kojem stepen pobuđenosti prelazi 50%. Pa ipak, razmotrimo pitanje prolaska svjetlosti kroz medij u kojem je na neki način postignuto stanje N 2 > N 1. Ovo stanje se zove stanje populacijska inverzija(od lat. inverzija- flip).
populacijska inverzija- takvo stanje medija u kojem je broj čestica na jednom od gornjih nivoa veći nego na donjem.
U mediju sa inverznom populacijom, vjerovatnoća da foton udari pobuđenu česticu je veća od one koja nije pobuđena. Stoga, proces udvostručavanja dominira procesom apsorpcije i odvija se dobitak svjetlo (sl. 31.2).
Kako svjetlost prolazi kroz medij sa inverznom populacijom, stepen ekscitacije će se smanjiti. Kada dostigne 50%
Rice. 31.2. Pojačavanje svjetlosti koja prolazi kroz medij sa inverzijom populacije (N 2 > N 1)
(N 1 \u003d N 2), između preuzmi i udvostručavanje ravnoteža će biti uspostavljena i efekat pojačanja svjetlosti će nestati. Ako osvjetljenje medija prestane, tada će se medij nakon nekog vremena vratiti u stanje koje odgovara Boltzmannovoj raspodjeli (N 1 > N 2).
Ako se sva ta energija oslobodi u radijacijskim prijelazima, tada ćemo primiti svjetlosni puls ogromne snage. Istina, još neće imati potrebnu koherentnost i usmjerenost, ali hoće visok stepen monohromatski (hv = E 2 - E 1). Ovo još nije laser, ali je već nešto blizu.
31.2. Stvaranje inverzne populacije. Metode pumpanja
Dakle, da li je moguće postići inverznu populaciju? Ispostavilo se da možete, ako koristite tri energetski nivoi sa sledećom konfiguracijom (slika 31.3).
Neka okolina bude obasjana snažnim bljeskom svjetlosti. Dio spektra zračenja će se apsorbirati u prijelazu sa glavnog nivoa E 1 na širi nivo E 3 . Prisjetite se toga široka je nivo energije sa kratkim vremenom opuštanja. Stoga, većina čestica koje su pale u E 3 ekscitacioni nivo neradijativno prelazi na uski metastabilni E 2 nivo, gde se akumuliraju. Zbog skučenosti ovog nivoa, samo mali dio fotona baklje
Rice. 31.3. Kreiranje inverzne populacije na metastabilnom nivou
sposoban da izazove prisilni prelaz E 2 → E 1. Ovo stvara uslove za stvaranje inverzne populacije.
Proces stvaranja populacijske inverzije naziva se pumped. U modernim laserima koriste se različite vrste pumpanja.
Optičko pumpanje prozirnog aktivnog medija koristi svjetlosne impulse iz vanjskog izvora.
Pumpanje plinovitih aktivnih medija električnim pražnjenjem koristi električno pražnjenje.
Injekciono pumpanje poluprovodničkih aktivnih medija koristi električnu struju.
Hemijsko pumpanje aktivnog medija iz mješavine plinova koristi energiju hemijska reakcija između komponenti smeše.
31.3. Princip rada lasera. Vrste lasera
Funkcionalni dijagram lasera je prikazan na sl. 31.4. Radno tijelo (aktivni medij) je dugačak uski cilindar, čiji su krajevi prekriveni sa dva zrcala. Jedno od ogledala (1) je prozirno. Takav sistem se naziva optički rezonator.
Sistem za pumpanje prenosi čestice sa nivoa E 1 na nivo apsorpcije E 3 , odakle one neradijativno prelaze na metastabilni nivo E 2 , stvarajući njegovu inverznu populaciju. Nakon toga, spontani radijacioni prelazi E 2 → E 1 počinju emisijom monohromatskih fotona:
Rice. 31.4.Šematski uređaj lasera
Fotoni spontane emisije emitovani pod uglom u odnosu na os rezonatora izlaze kroz bočna površina i nisu uključeni u proces proizvodnje. Njihov tok brzo presušuje.
Fotoni, koji se nakon spontane emisije kreću duž ose rezonatora, više puta prolaze kroz radno tijelo, reflektirajući se od ogledala. Istovremeno, oni stupaju u interakciju sa pobuđenim česticama, inicirajući stimulisanu emisiju. Zbog toga dolazi do "lavinovitog" rasta indukovanih fotona koji se kreću u istom pravcu. Višestruko pojačan tok fotona izlazi kroz polutransparentno ogledalo, stvarajući snažan snop gotovo paralelnih koherentnih zraka. U stvari, nastaje lasersko zračenje prvo spontani foton koji se kreće duž ose rezonatora. Ovo osigurava koherentnost zračenja.
Tako laser pretvara energiju izvora pumpe u energiju monohromatskog koherentnog svjetla. Efikasnost takve transformacije, tj. Efikasnost ovisi o vrsti lasera i kreće se od djelića procenta do nekoliko desetina posto. Većina lasera ima efikasnost od 0,1-1%.
Vrste lasera
Prvi stvoreni laser (1960.) koristio je rubin i optički pumpni sistem kao radni medij. Rubin je kristalni aluminijum oksid A1 2 O 3 koji sadrži oko 0,05% atoma hroma (krom je taj koji rubinu daje ružičastu boju). Atomi hroma ugrađeni u kristalnu rešetku su aktivni medij
sa konfiguracijom nivoa energije prikazanom na sl. 31.3. Talasna dužina zračenja rubin lasera je λ = 694,3 nm. Zatim su došli laseri koji koriste druge aktivne medije.
U zavisnosti od vrste radnog fluida, laseri se dele na gasne, čvrste, tečne, poluprovodničke. U solid-state laserima aktivni element je obično napravljen u obliku cilindra čija je dužina mnogo veća od njegovog promjera. Plinoviti i tekući aktivni mediji stavljaju se u cilindričnu kivetu.
U zavisnosti od metode pumpanja, može se dobiti kontinuirano i impulsno generisanje laserskog zračenja. Sa kontinuiranim pumpnim sistemom, inverzija stanovništva se održava dugo vremena zahvaljujući vanjskom izvoru energije. Na primjer, kontinuirano pobuđivanje električnim pražnjenjem u plinovitom mediju. Kod pulsnog pumpnog sistema, inverzija stanovništva se stvara u impulsnom režimu. Brzina ponavljanja pulsa od 10 -3
Hz do 10 3 Hz.
31.4. Karakteristike laserskog zračenja
Lasersko zračenje po svojim svojstvima značajno se razlikuje od zračenja konvencionalnih izvora svjetlosti. Uočavamo njegove karakteristične karakteristike.
1. Koherencija. Radijacija je visoko koherentanšto je zbog svojstava stimulisane emisije. U ovom slučaju dolazi do ne samo vremenske, već i prostorne koherentnosti: fazna razlika u dvije tačke ravni okomite na pravac širenja ostaje konstantna (slika 31.5, a).
2. Kolimacija. Lasersko zračenje je kolimirani one. svi zraci u snopu su skoro paralelni jedni s drugima (slika 31.5, b). Na velikoj udaljenosti, laserski snop samo malo povećava prečnik. Od ugla divergencije φ je mali, tada se intenzitet laserskog snopa lagano smanjuje s rastojanjem. Ovo omogućava prijenos signala na velike udaljenosti uz malo slabljenja njihovog intenziteta.
3. Monochromatic. Lasersko zračenje je unutra visoko monohromatski, one. sadrži valove gotovo iste frekvencije (širina spektralne linije je Δλ ≈0,01 nm). Na
Slika 31.5c prikazuje šematski poređenje širine linije laserskog zraka i običnog svjetlosnog snopa.
Rice. 31.5. Koherentnost (a), kolimacija (b), monohromatičnost (c) laserskog zračenja
Prije pojave lasera, zračenje s određenim stupnjem monokromatičnosti moglo se dobiti pomoću uređaja - monohromatora koji izdvajaju uske spektralne intervale (uske valne dužine) iz kontinuiranog spektra, ali je svjetlosna snaga u takvim opsezima mala.
4. Velika snaga. Uz pomoć lasera moguće je obezbediti veoma veliku snagu monohromatskog zračenja - do 10 5 W u kontinuiranom režimu. Snaga impulsnih lasera je nekoliko redova veličine veća. Dakle, neodimijum laser generiše impuls sa energijom od E = 75 J, čije trajanje je t = 3x10 -12 s. Snaga u impulsu je P = E / t = 2,5x10 13 W (za poređenje: snaga hidroelektrane je P ~ 10 9 W).
5. Visok intenzitet. Kod impulsnih lasera intenzitet laserskog zračenja je veoma visok i može dostići I = 10 14 -10 16 W/cm 2 (uporedi intenzitet sunčeve svetlosti blizu zemljine površine I = 0,1 W/cm 2).
6. Visoka svjetlina. Za lasere koji rade u vidljivom opsegu, osvetljenost lasersko zračenje (intenzitet svjetlosti po jedinici površine) je vrlo visok. Čak i najslabiji laseri imaju sjaj od 10 15 cd/m 2 (za poređenje: sjaj Sunca je L ~ 10 9 cd/m 2).
7. Pritisak. Kada laserski snop padne na površinu tijela, a pritisak(D). Sa potpunom apsorpcijom laserskog zračenja koje pada okomito na površinu, stvara se pritisak D = I / c, gdje je I intenzitet zračenja, c je brzina svjetlosti u vakuumu. Sa totalnom refleksijom, pritisak je duplo veći. Za intenzitet I = 10 14 W / cm 2 \u003d 10 18 W / m 2; D = 3,3x10 9 Pa = 33.000 atm.
8. Polarizacija. Lasersko svjetlo je potpuno polarizovan.
31.5. Karakteristike laserskog zračenja koje se koristi u medicini
Talasna dužina zračenja
Talasna dužina zračenja (λ) medicinskih lasera je u opsegu od 0,2 -10 µm, tj. od ultraljubičastog do dalekog infracrvenog.
Snaga zračenja
Snaga zračenja (P) medicinskih lasera varira u širokom rasponu, određen svrhom primjene. Za lasere sa kontinuiranim pumpanjem, P = 0,01-100 W. Impulsne lasere karakteriziraju snaga impulsa P i trajanje impulsa τ i
Za hirurške lasere P u = 10 3 -10 8 W, a trajanje impulsa t u = 10 -9 -10 -3 s.
Energija u pulsu zračenja
Energija jednog impulsa laserskog zračenja (E u) određena je relacijom E u = P u -m u, gdje je t u trajanje impulsa zračenja (obično t u = 10 -9 -10 -3 s). Za hirurške lasere E i = 0,1-10 J.
Frekvencija pulsa
Ova karakteristika (f) impulsnih lasera označava broj impulsa zračenja koje generira laser u 1 s. Za terapeutske lasere f = 10-3000 Hz, za hirurške lasere f = 1-100 Hz.
Prosječna snaga zračenja
Ova karakteristika (P cf) ponavljajućih impulsnih lasera pokazuje koliko energije laser emituje u 1 s, a određena je sljedećim odnosom:
Intenzitet (gustina snage)
Ova karakteristika (I) je definirana kao omjer snage laserskog zračenja i površine poprečnog presjeka zraka. Za cw lasere I = P/S. U slučaju impulsnih lasera, pravi se razlika intenzitet pulsa I i = P i /S i prosječni intenzitet I cf = P cf /S.
Intenzitet hirurških lasera i pritisak koji stvara njihovo zračenje imaju sljedeća značenja:
za cw lasere I ~ 10 3 W/cm 2 , D = 0,033 Pa;
za impulsne lasere I i ~ 10 5 -10 11 W / cm 2, D \u003d 3,3 - 3,3x10 6 Pa.
Gustina energije u impulsu
Ova vrijednost (W) karakterizira energiju koja pada po jedinici površine ozračene površine po impulsu i određena je odnosom W = E i /S, gdje je S (cm 2) površina svjetlosna tačka (tj. poprečni presjek laserskog snopa) na površinskom biotkivu. Za lasere koji se koriste u hirurgiji, W ≈ 100 J/cm2.
Parametar W se može smatrati dozom zračenja D po 1 impulsu.
31.6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod djelovanjem kontinuiranog laserskog zračenja velike snage
Promjena temperature i svojstva tkiva
pod dejstvom kontinuiranog laserskog zračenja
Apsorpcija laserskog zračenja velike snage od strane biološkog tkiva praćena je oslobađanjem topline. Za izračunavanje oslobođene topline koristi se posebna vrijednost - zapreminska gustina toplote(q).
Oslobađanje toplote je praćeno povećanjem temperature i u tkivima se dešavaju sledeći procesi:
na 40-60°C dolazi do aktivacije enzima, stvaranja edema, promjene i, ovisno o vremenu djelovanja, smrti ćelije, denaturacije proteina, početka koagulacije i nekroze;
na 60-80°C - denaturacija kolagena, defekti membrane; na 100°C - dehidracija, isparavanje vode iz tkiva; preko 150°C - ugljenisanje;
preko 300 ° C - isparavanje tkiva, stvaranje plina. Dinamika ovih procesa prikazana je na sl. 31.6.
Rice. 31.6. Dinamika promjena temperature tkiva pod utjecajem kontinuiranog laserskog zračenja
1 faza. Prvo, temperatura tkiva raste sa 37 na 100 °C. U ovom temperaturnom rasponu termodinamička svojstva tkanine ostaju praktički nepromijenjena, a temperatura raste linearno s vremenom (α = const i I = const).
2 faza. Na temperaturi od 100 °C počinje isparavanje vode iz tkiva, a do kraja ovog procesa temperatura ostaje konstantna.
3 faza. Nakon što voda ispari, temperatura ponovo počinje rasti, ali sporije nego u dijelu 1, budući da dehidrirano tkivo upija energiju slabije od normalnog.
4 faza. Po dostizanju temperature T ≈ 150 °C počinje proces ugljenisanja i posljedično „crnjenja“ biološkog tkiva. U tom slučaju se povećava koeficijent apsorpcije α. Stoga se uočava nelinearno, ubrzano povećanje temperature s vremenom.
5 faza. Po dostizanju temperature T ≈ 300 °C, počinje proces isparavanja dehidriranog ugljenisanog biološkog tkiva i porast temperature ponovo prestaje. U tom trenutku laserski snop seče (uklanja) tkivo, tj. postaje skalpel.
Stepen povećanja temperature zavisi od dubine tkiva (slika 31.7).
Rice. 31.7. Procesi koji se javljaju u ozračenim tkivima na različitim dubinama: a- u površinskom sloju tkanina se zagreva do nekoliko stotina stepeni i isparava; b- snaga zračenja oslabljena gornjim slojem nije dovoljna da ispari tkivo. Dolazi do koagulacije tkiva (ponekad zajedno sa ugljenisanjem - crna debela linija); in- do zagrijavanja tkiva dolazi zbog prijenosa topline iz zone (b)
Dužine pojedinih zona određene su kako karakteristikama laserskog zračenja, tako i svojstvima samog tkiva (prvenstveno koeficijentima apsorpcije i toplotne provodljivosti).
Udar snažnog fokusiranog snopa laserskog zračenja je takođe praćen pojavom udarni talasi, što može uzrokovati mehanička oštećenja susjednih tkiva.
Ablacija tkiva pod uticajem pulsnog laserskog zračenja velike snage
Kada se tkivo izloži kratkim impulsima laserskog zračenja velike gustine energije, ostvaruje se još jedan mehanizam disekcije i uklanjanja biološkog tkiva. U ovom slučaju dolazi do vrlo brzog zagrijavanja tkivne tekućine do temperature T > T ključanja. U ovom slučaju, tkivna tečnost je u metastabilnom pregrijanom stanju. Zatim dolazi do "eksplozivnog" ključanja tkivne tečnosti, koje je praćeno uklanjanjem tkiva bez ugljenisanja. Ovaj fenomen se zove ablacija. Ablacija je praćena stvaranjem mehaničkih udarnih valova koji mogu uzrokovati mehanička oštećenja tkiva u blizini zone laserskog udara. Ovu činjenicu treba uzeti u obzir pri odabiru parametara pulsirajućeg laserskog zračenja, na primjer, prilikom poliranja kože, bušenja zuba ili laserske korekcije vidne oštrine.
31.7. Upotreba laserskog zračenja u medicini
Procesi koji karakteriziraju interakciju laserskog zračenja (LR) s biološkim objektima mogu se podijeliti u 3 grupe:
neometana akcija(nema primjetnog efekta na biološki objekt);
fotohemijsko djelovanje(čestica pobuđena laserom ili sama učestvuje u odgovarajućim hemijskim reakcijama, ili prenosi svoju ekscitaciju na drugu česticu koja učestvuje u hemijskoj reakciji);
fotodestrukcija(zbog oslobađanja toplote ili udarnih talasa).
Laserska dijagnostika
Laserska dijagnostika je neperturbirajući učinak na biološki objekt, korištenjem koherentnost lasersko zračenje. Navodimo glavne dijagnostičke metode.
Interferometrija. Kada se lasersko zračenje reflektuje od hrapave površine, nastaju sekundarni valovi koji međusobno interferiraju. Kao rezultat, formira se uzorak tamnih i svijetlih mrlja (spekle), čija lokacija daje informacije o površini biološkog objekta (metoda spekle interferometrije).
Holografija. Uz pomoć laserskog zračenja dobija se trodimenzionalna slika objekta. U medicini ova metoda omogućava dobijanje trodimenzionalnih slika unutrašnjih šupljina želuca, očiju itd.
Rasipanje svetlosti. Kada visoko usmjereni laserski snop prođe kroz prozirni predmet, svjetlost se raspršuje. Registracija ugaone zavisnosti intenziteta raspršene svetlosti (metoda nefelometrije) omogućava određivanje veličine čestica medija (od 0,02 do 300 μm) i stepena njihove deformacije.
Pri rasejanju se može promeniti polarizacija svetlosti, što se koristi i u dijagnostici (metoda polarizacione nefelometrije).
Doplerov efekat. Ova metoda se zasniva na mjerenju Doplerovog pomaka LR frekvencije, do kojeg dolazi kada se svjetlost odbija čak i od sporo pokretnih čestica (metoda anometrije). Na taj način se mjeri brzina protoka krvi u žilama, pokretljivost bakterija itd.
Kvazielastično rasipanje. Sa takvim rasipanjem dolazi do beznačajne promjene talasne dužine sondirajućeg LR. Razlog tome je promjena u svojstvima raspršenja (konfiguracija, konformacija čestica) tokom procesa mjerenja. Vremenske promjene parametara površine raspršenja očituju se u promjeni spektra raspršenja u odnosu na spektar ulaznog zračenja (spektar raspršenja se ili širi ili se u njemu pojavljuju dodatni maksimumi). Ova metoda omogućava dobijanje informacija o promjenjivim karakteristikama raspršivača: koeficijent difuzije, usmjerena brzina transporta i dimenzije. Ovako se dijagnosticiraju proteinski makromolekuli.
Laserska masena spektroskopija. Ova metoda se koristi za proučavanje hemijski sastav objekt. Snažni snopovi laserskog zračenja isparavaju supstancu sa površine biološkog objekta. Parovi se podvrgavaju spektralnoj analizi mase, čiji se rezultati koriste za procjenu sastava tvari.
Laserski test krvi. Laserski snop koji prolazi kroz usku kvarcnu kapilaru, kroz koju se pumpa posebno tretirana krv, uzrokuje fluorescenciju njenih ćelija. Fluorescentno svjetlo tada se hvata osjetljivim senzorom. Ovaj sjaj je specifičan za svaku vrstu ćelija koje prolaze pojedinačno kroz dio laserskog snopa. Broji se ukupan broj ćelija u datoj zapremini krvi. Za svaki tip ćelije određuju se precizni kvantitativni indikatori.
metoda fotodestrukcije. Koristi se za proučavanje površine kompozicija objekt. Snažni LR snopovi omogućavaju uzimanje mikrouzoraka sa površine bioloških objekata isparavanjem supstance i naknadnom masenom spektralnom analizom ove pare.
Upotreba laserskog zračenja u terapiji
U terapiji se koriste laseri niskog intenziteta (intenziteta 0,1-10 W/cm2). Zračenje niskog intenziteta ne izaziva primetan destruktivni efekat na tkiva direktno tokom zračenja. U vidljivom i ultraljubičastom području spektra, efekti zračenja su posljedica fotokemijskih reakcija i ne razlikuju se od efekata monohromatskog svjetla dobivenog iz konvencionalnih nekoherentnih izvora. U ovim slučajevima, laseri su jednostavno zgodni monokromatski izvori svjetlosti koji pružaju
Rice. 31.8. Shema korištenja laserskog izvora za intravaskularno zračenje krvi
određivanje tačne lokalizacije i doze izlaganja. Kao primjer, na sl. 31.8 prikazan je dijagram upotrebe izvora laserskog zračenja za intravaskularno zračenje krvi kod pacijenata sa srčanom insuficijencijom.
U nastavku su navedene najčešće metode laserske terapije.
Terapija crvenim svjetlom. He-Ne lasersko zračenje talasne dužine 632,8 nm koristi se u antiinflamatorne svrhe za lečenje rana, čireva, koronarne bolesti srca. Terapeutski efekat je povezan sa uticajem svetlosti ove talasne dužine na proliferativnu aktivnost ćelije. Svetlost deluje kao regulator ćelijskog metabolizma.
Terapija plavim svjetlom. Lasersko zračenje sa talasnom dužinom u plavoj oblasti vidljive svetlosti koristi se, na primer, za lečenje neonatalne žutice. Ova bolest je posljedica naglog povećanja koncentracije bilirubina u tijelu, koji ima maksimalnu apsorpciju u plavoj regiji. Ako su djeca zračena laserskim zračenjem ovog raspona, tada se bilirubin razgrađuje, stvarajući produkte topljive u vodi.
laserska fizioterapija - korištenje laserskog zračenja u kombinaciji s različitim metodama elektrofizioterapije. Neki laseri imaju magnetne priključke za kombinovano djelovanje laserskog zračenja i magnetsko polje- magneto-laserska terapija. To uključuje magnetno-infracrveni laserski terapeutski aparat "Milta".
Efikasnost laserske terapije povećava se kombinovanim izlaganjem lekovitim supstancama koje su prethodno primenjene na ozračeno područje (laseroforeza).
Fotodinamička terapija tumora. Fotodinamička terapija (PDT) se koristi za uklanjanje tumora koji su izloženi svjetlosti. PDT se zasniva na upotrebi fotosenzibilizatora lokalizovanih u tumorima koji povećavaju osetljivost tkiva tokom njihovog
naknadno zračenje vidljivom svjetlošću. Uništavanje tumora tokom PDT zasniva se na tri efekta: 1) direktno fotohemijsko uništavanje tumorskih ćelija; 2) oštećenje krvnih sudova tumora koje dovodi do ishemije i smrti tumora; 3) pojava inflamatorne reakcije koja mobiliše antitumornu imunološku odbranu tjelesnih tkiva.
Za ozračivanje tumora koji sadrže fotosenzibilizatore koristi se lasersko zračenje valne dužine 600-850 nm. U ovom području spektra dubina prodiranja svjetlosti u biološka tkiva je maksimalna.
Fotodinamička terapija se koristi u liječenju tumora kože, unutrašnjih organa: pluća, jednjaka (istovremeno lasersko zračenje se doprema u unutrašnje organe pomoću svjetlovoda).
Upotreba laserskog zračenja u hirurgiji
U hirurgiji se laseri visokog intenziteta koriste za rezanje tkiva, uklanjanje patoloških područja, zaustavljanje krvarenja i zavarivanje bioloških tkiva. Pravilnim odabirom talasne dužine zračenja, njegovog intenziteta i trajanja ekspozicije mogu se dobiti različiti hirurški efekti. Dakle, za rezanje bioloških tkiva koristi se fokusirani snop kontinuiranog CO 2 lasera, talasne dužine λ = 10,6 μm, snage 2x10 3 W/cm 2 .
Upotreba laserskog snopa u hirurgiji daje selektivan i kontrolisan efekat. Laserska hirurgija ima niz prednosti:
Beskontaktno, daje apsolutnu sterilnost;
Selektivnost, koja omogućava izbor talasne dužine zračenja da uništi patološka tkiva na dozirani način, bez uticaja na okolna zdrava tkiva;
Beskrvnost (zbog koagulacije proteina);
Mogućnost mikrohirurških efekata zbog visokog stepena fokusiranja zraka.
Naznačimo neka područja hirurške primjene lasera.
Lasersko zavarivanje tkanina. Spajanje seciranih tkiva je neophodan korak u mnogim operacijama. Na slici 31.9 prikazano je kako se zavarivanje jednog od stabala velikog živca izvodi u kontaktnom načinu pomoću lema, koji
Rice. 31.9. Zavarivanje nerava laserskim snopom
Kapi iz pipete se nanose na mesto lasera.
Uništavanje pigmentiranih područja. Pulsni laseri se koriste za uništavanje pigmentiranih područja. Ova metoda (fototermoliza) koristi se za liječenje angioma, tetovaža, sklerotičnih plakova u krvnim sudovima itd.
laserska endoskopija. Uvođenje endoskopije napravilo je revoluciju u operativnoj medicini. Kako bi se izbjegle velike otvorene operacije, lasersko zračenje se isporučuje na mjesto ekspozicije pomoću svjetlovoda od optičkih vlakana, koji omogućavaju isporuku laserskog zračenja do bioloških tkiva unutrašnjih šupljih organa. Ovo značajno smanjuje rizik od infekcije i postoperativnih komplikacija.
laserski test. Laseri kratkog impulsa u kombinaciji sa svjetlosnim vodičima koriste se za uklanjanje plakova u krvnim žilama, kamenca u žučnoj kesi i bubrezima.
Laseri u oftalmologiji. Upotreba lasera u oftalmologiji omogućava izvođenje beskrvnih hirurških intervencija bez narušavanja integriteta očne jabučice. To su operacije na staklastom tijelu; zavarivanje ljuštene retine; tretman glaukoma "probijanjem" rupa (prečnika 50÷100 mikrona) laserskim snopom za odliv intraokularne tečnosti. Za korekciju vida koristi se sloj po sloj ablacija tkiva rožnjače.
31.8. Osnovni pojmovi i formule
Kraj stola
31.9. Zadaci
1. U molekulu fenilalanina, razlika energije u osnovnom i pobuđenom stanju je ΔE = 0,1 eV. Pronađite odnos između populacija ovih nivoa na T = 300 K.
odgovor: n \u003d 3,5 * 10 18.
Svojstva laserskog zračenja omogućavaju njegovu upotrebu u različitim sferama ljudskog života. U medicini i kozmetologiji laserom se tretira veliki broj bolesti i estetskih nedostataka.
Koristeći skalpel laserskog tipa, doktor pravi beskrvne rezove, što je obezbeđeno trenutnim lemljenjem kapilara i krvnih sudova. Osim toga, koristeći takve alate, stručnjak ima priliku vidjeti cijelo radno područje. Laserski snop secira kožu na daljinu, bez direktnog kontakta sa krvnim sudovima i organima.
Time se postiže sterilnost. Visoka koncentracija lasera omogućava izvođenje hirurških intervencija uz minimalnu traumu. Pacijenti nakon ovakvih operacija se znatno brže oporavljaju, odnosno radna sposobnost im se mnogo brže vraća. Osim toga, manipulacije laserskim skalpelom ne donose nikakvu nelagodu nakon operacije.
Aktivni tehnološki razvoj značajno je proširio mogućnosti korištenja laserskog zračenja. Naučnici su otkrili pozitivan učinak na stanje kože. Iz tog razloga, laser se danas često koristi u dermatologiji i kozmetologiji.
Reakcija i stepen apsorpcije zraka od strane kože zavisi od njenog tipa. Laserski uređaji vam omogućavaju da prilagodite dužinu kose za svaku pojedinačnu situaciju. primjena:
Jedna od prvih industrija u kojoj se laser počeo aktivno koristiti je oftalmologija. Mikrohirurgija oka razlikuje sljedeća područja u kojima se koristi ova vrsta zračenja:
Između ostalog, laser se koristi i za onkološke patologije kože. Pokazuje vrlo dobre rezultate u eliminaciji melanoblastoma. U nekim slučajevima, laserska tehnologija se koristi za liječenje raka gastrointestinalnog trakta u ranoj fazi. Međutim, laser nije efikasan u prisustvu metastaza i duboke lokalizacije maligne formacije.
Opasnost po tijelo
Davno je dokazano negativno djelovanje laserskog zračenja na ljudski organizam. Zračenje može biti reflektovano, raspršeno i direktno. Štetan učinak nastaje zbog toplinskih i svjetlosnih svojstava lasera. Intenzitet lezije određen je nivoom apsorpcije tkiva, talasnom dužinom i površinom na koju je udar usmeren.
Više od drugih dijelova tijela, očne jabučice mogu patiti od lasera. Rožnjača je izuzetno osjetljiva, pa se lako opeče. Od posljedica može se razlikovati oštro smanjenje vidne funkcije ili apsolutna sljepoća. Izvori zračenja su obično infracrveni laserski emiteri. Ako je sočivo, rožnica, mrežnica ili šarenica oštećena laserskim snopom, mogu se primijetiti sljedeći simptomi:
- grčevi i bol u očnoj jabučici;
- zamućenje očnog sočiva;
- krvarenje i oticanje očnih kapaka.
Ljudska koža je takođe ranjiva. Na mjestu kontakta sa laserskim snopom temperatura se povećava. Intersticijalne i intracelularne tekućine počinju brzo ključati i isparavati. Na koži se pojavljuje crvenilo. Nakon nekog vremena mogu se pojaviti mrtve mrlje na opečenom području. Snažnim udarom koža se ugljeni gotovo trenutno. Najvažniji znak laserske opekline su stroge konture lezije, a mjehurići se ne stvaraju ispod epiderme, već u njoj.
Infracrveni laser može pogoditi ne samo kožu, već i unutrašnje organe, jer prodire kroz tkiva. Duboku opekotinu karakterizira slijed oštećenog i zdravog tkiva. U prvom trenutku nakon štetnih efekata, osoba nema nikakvih tegoba i bolova. najranjiviji unutrašnji organ računa se kao jetra.
Osim toga, djelovanje lasera na ljudsko tijelo uzrokuje poremećaje CVS-a i CNS-a (kardiovaskularnog i centralnog nervnog sistema). U tom slučaju žrtva može osjetiti obilno znojenje, usporavanje otkucaja srca, skokove pritiska i osjećaj razdražljivosti.
Zaštitne mjere i mjere opreza
Rizična grupa uključuje ljude čiji rad uključuje upotrebu kvantnih generatora. Sanitarni propisi dijele opasnost od laserskog zračenja u četiri klase. Za ljudski organizam, sve klase mogu biti opasne, osim prve. Opcije tehničke zaštite uključuju:
- kompetentno uređenje industrijskih prostorija i pravilan izbor unutrašnje obloge (laser se ne bi trebao odbijati od površina);
- racionalna ugradnja uređaja-emitera;
- ograđivanje prostora koji je izložen zračenju;
- usklađenost sa zahtjevima za rad i održavanje laserskih sistema.
Ostale mjere zaštite su individualne. Uključuje upotrebu naočara, kombinezona, paravana, kućišta, prizmi i sočiva.
Domaća upotreba lasera također može biti opasna za ljudski organizam. Nepridržavanje uputstava može dovesti do vrlo tužnih posljedica. Zaštita u ovom slučaju uključuje sljedeće preporuke:
Laser može imati mehanički, fotohemijski, energetski ili termički efekat. Zavisi od vrste emitera koji se koristi. Direktno lasersko zračenje smatra se najopasnijim, jer ima najveći intenzitet. Kada razmišljate o tome je li laser štetan za zdravlje, treba imati na umu da neracionalna upotreba domaćih laserskih uređaja, baterijskih lampi ili svjetlosnih dekreta može naštetiti ne samo vlasniku, već i drugima.
