Korištenje laserskih uređaja povezano je s određenom opasnošću za ljude. U ovom radu će se razmatrati samo karakteristike praktična aplikacija laserski uređaji i metode zaštite povezane s mogućnošću oštećenja očiju i kože osobe. U ovom slučaju, temeljni regulatorni dokumenti su: 825. publikacija Međunarodne tehničke komisije (IEC) pod nazivom „Sigurnost zračenja 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 duljine izravno utječe na osobu; međutim, zbog spektralnih karakteristika oštećenja organa i značajno različitih maksimalno dopuštenih doza zračenja, obično se razlikuju učinci na oči i kožu čovjeka.
Postoje dva područja primjene lasera i industrije. Prvi smjer povezan je s ciljanim učinkom na tvar koja se obrađuje (mikrozavarivanje, toplinska obrada, rezanje krhkih i tvrdih materijala, podešavanje parametara mikro krugova itd.), Drugi smjer - medicina - sve se više razvija.
Raspon valne duljine, koje emitiraju laseri, pokriva vidljivi spektar i proteže se u infracrveno i ultraljubičasto područje. Za svaki način rada lasera i spektralno područje preporučuju se odgovarajuće najveće dopuštene razine (MAL) za energiju (W) i snagu (P) zračenja koje prolazi kroz granični otvor d = 7 mm. Za vidljivo područje ili d = 1,1 mm, za ostalo, izloženost energiji (H) i zračenje (E) u prosjeku preko graničnog otvora: H = W / Sa, E = P / Sa, gdje je Sa granični otvor.
Kronične MPL su 5 - 10 puta niže od MPL jednokratne izloženosti. Kada su istovremeno izloženi LR-ovima različitih raspona, njihov učinak se zbraja i množi s odgovarajućim unosom energije.
Lasersko zračenje karakteriziraju neke značajke:
1 - široki spektralni (&=0.2..1 µm) i dinamički (120..200 dB);
2 - kratko trajanje impulsa (do 0,1 ns);
3 - velika gustoća snage (do 1e+9 W/cm^2) energije;
4 - Mjerenje energetskih parametara i karakteristika laserskog zračenja
Vrste djelovanja laserskog zračenja
Najopasnija valna duljina laserskog zračenja je:
- 380¸1400 nm - za mrežnicu,
- 180¸380 nm i preko 1400 nm - za prednji medij oka,
- 180¸105 nm (tj. u cijelom rasponu koji se razmatra) - za kožu.
Glavna opasnost pri radu s laserom je izravno lasersko zračenje.
Stupanj potencijalne opasnosti od laserskog zračenja ovisi o snazi izvora, valnoj duljini, trajanju i čistoći impulsa, uvjetima okoline, refleksiji i raspršenju zračenja.
Biološki učinci koji se javljaju pri izlaganju laserskom zračenju na ljudsko tijelo dijele se u dvije skupine:
- Primarni učinci su organske promjene koje se događaju izravno u ozračenim tkivima;
- Sekundarni učinci su nespecifične promjene koje se javljaju u tijelu kao odgovor na zračenje.
- Ljudsko oko je najosjetljivije na oštećenja od laserskog zračenja. Laserska zraka fokusirana na mrežnicu pomoću leće oka imat će izgled male točke s još gušćom koncentracijom energije nego zračenje koje pada na oko. Stoga je lasersko zračenje koje ulazi u oko opasno i može uzrokovati oštećenje mrežnice i žilnice s oštećenjem vida. Pri niskim gustoćama energije dolazi do krvarenja, a kod visokih do opeklina, pucanja mrežnice i pojave očnih mjehurića u staklastom tijelu.
- Lasersko zračenje također može uzrokovati oštećenje ljudske kože i unutarnjih organa. Oštećenje kože laserskim zračenjem slično je termičkoj opeklini. Na stupanj oštećenja utječu i ulazne karakteristike lasera te boja i stupanj pigmentacije kože. Intenzitet zračenja koji uzrokuje oštećenje kože puno je veći od intenziteta koji uzrokuje oštećenje očiju.
Osiguravanje sigurnosti lasera
Metode i sredstva zaštite od djelovanja laserskog zračenja mogu se podijeliti na organizacijsku, inženjersku i osobnu zaštitnu opremu. Pouzdana zaštita od slučajnog kontakta s osobom je zaštititi zraku svjetlosnim vodičem duž cijelog puta njegovog djelovanja. Kao osobna zaštitna oprema koriste se posebne zaštitne naočale, čije su naočale odabrane u skladu s GOST 9411-81E; tehnološke haljine i rukavice od svijetlo zelene ili plave pamučne tkanine.
U prezentaciji za rad prikazani su pokazatelji dopuštenih razina laserskog zračenja, kao i ilustrativni materijal o vrstama negativnih učinaka laserskog zračenja na ljudski organizam i načinima zaštite.
Lasersko zračenje je usko usmjereni prisilni tok energije. Može biti kontinuirana, jedne snage ili pulsirajuća, gdje snaga povremeno doseže određeni vrhunac. Energija se stvara pomoću kvantnog generatora – lasera. Protok energije je Elektromagnetski valovi, koji se šire paralelno jedan s drugim. Ovo stvara minimalni kut raspršenja svjetlosti i određenu preciznu usmjerenost.
Područje primjene laserskog zračenja
Svojstva laserskog zračenja omogućuju njegovu upotrebu u različitim sferama ljudske aktivnosti:
- znanost - istraživanje, eksperimenti, pokusi, otkrića;
- vojna obrambena industrija i svemirska navigacija;
- proizvodnja i tehnička sfera;
- lokalna toplinska obrada - zavarivanje, rezanje, graviranje, lemljenje;
- korištenje u kućanstvu – laserski senzori za čitanje barkoda, CD čitači, pokazivači;
- lasersko prskanje za povećanje otpornosti metala na habanje;
- izrada holograma;
- poboljšanje optičkih uređaja;
- kemijska industrija - pokretanje i analiza reakcija.
Primjena lasera u medicini
Lasersko zračenje u medicini je pomak u liječenju pacijenata kojima je potrebna kirurška intervencija. Laseri se koriste za proizvodnju kirurških instrumenata.
Neosporne prednosti kirurškog liječenja laserskim skalpelom su očite. Omogućuje vam da napravite rez mekog tkiva bez krvi. To je osigurano trenutnim prianjanjem malih žila i kapilara. Koristeći takav instrument, kirurg u potpunosti vidi cijelo kirurško polje. Struja laserske energije secira na određenoj udaljenosti, bez dodira s unutarnjim organima i krvnim žilama.
Važan prioritet je osigurati apsolutnu sterilnost. Strogi smjer zraka omogućuje izvođenje operacija s minimalnom traumom. Razdoblje rehabilitacije za pacijente značajno je smanjeno. Brže se vraća radna sposobnost osobe. Posebnost korištenja laserskog skalpela je bezbolnost u postoperativnom razdoblju.
Razvojem laserskih tehnologija proširile su se mogućnosti njegove primjene. Otkrivena su svojstva laserskog zračenja da pozitivno utječe na stanje kože. Stoga se aktivno koristi u kozmetologiji i dermatologiji.
Ovisno o vrsti, ljudska koža različito upija i reagira na zrake. Uređaji za lasersko zračenje mogu stvoriti željenu valnu duljinu u svakom konkretnom slučaju.
Primjena:
- epilacija - uništavanje folikula dlake i uklanjanje dlaka;
- liječenje akni;
- uklanjanje staračkih pjega i madeža;
- poliranje kože;
- koristiti za bakterijsko oštećenje epiderme (dezinficira, ubija patogenu mikrofloru), lasersko zračenje sprječava širenje infekcije.
Oftalmologija je prva industrija koja koristi lasersko zračenje. Upute za primjenu lasera u mikrokirurgiji oka:
- laserska koagulacija - korištenje toplinskih svojstava za liječenje vaskularnih bolesti oka (oštećenje žila rožnice, mrežnice);
- fotodestrukcija – disekcija tkiva na vrhuncu snage lasera (sekundarna katarakta i njezina disekcija);
- fotoevaporacija - produljena izloženost toplini, koristi se za upalne procese vidnog živca, za konjunktivitis;
- fotoablacija - postupno uklanjanje tkiva, koristi se za liječenje distrofičnih promjena u rožnici, uklanja njegovo zamućenje, kirurško liječenje glaukoma;
- laserska stimulacija – ima protuupalni, apsorbirajući učinak, poboljšava trofizam oka, koristi se za liječenje skleritisa, eksudacije u očnoj komori, hemoftalmusa.
Lasersko zračenje koristi se za rak kože. Laser je najučinkovitiji za uklanjanje melanoblastoma. Ponekad se metoda koristi za liječenje raka jednjaka ili rektalnog stadija 1-2. Za duboke tumore i metastaze laser nije učinkovit.
Kakvu opasnost laser predstavlja za ljude?
Učinak laserskog zračenja na ljudsko tijelo može biti negativan. Zračenje može biti izravno, difuzno i reflektirano. Negativan utjecaj osiguravaju svjetlosna i toplinska svojstva zraka. Stupanj oštećenja ovisi o nekoliko čimbenika - duljini elektromagnetskog vala, mjestu udara, apsorpcijskoj sposobnosti tkiva.
Oči su najosjetljivije na djelovanje laserske energije. Mrežnica oka vrlo je osjetljiva pa često dolazi do opeklina. Posljedice su djelomični gubitak vida, nepovratna sljepoća. Izvor laserskog zračenja su emiteri vidljive infracrvene svjetlosti.
Simptomi laserskog oštećenja šarenice, mrežnice, rožnice, leće:
- bol i grčevi u oku;
- oticanje kapaka;
- krvarenja;
- katarakta.
Zračenje srednjeg intenziteta uzrokuje toplinske opekline kože. Na mjestu kontakta lasera s kožom temperatura naglo raste. Dolazi do vrenja i isparavanja unutarstanične i intersticijske tekućine. Koža postaje crvena. Pod pritiskom dolazi do pucanja tkivnih struktura. Na koži se javlja oteklina, au nekim slučajevima i intradermalna krvarenja. Nakon toga se na mjestu opekline pojavljuju nekrotična (mrtva) područja. U teškim slučajevima, pougljenje kože događa se trenutno.
Prepoznatljiv znak laserske opekline su jasne granice kožne lezije, a mjehurići se stvaraju u epidermisu, a ne ispod njega.
Kod difuznih lezija koža na mjestu lezije postaje neosjetljiva, a nakon nekoliko dana javlja se eritem.
Infracrveno lasersko zračenje može prodrijeti duboko u tkiva i utjecati na unutarnje organe. Karakteristika duboke opekline je izmjena zdravog i oštećenog tkiva. U početku, kada je izložena zrakama, osoba ne osjeća bol. Najosjetljiviji organ je jetra.
Djelovanje zračenja na organizam u cjelini uzrokuje funkcionalne poremećaje središnjeg živčani sustav, kardiovaskularna aktivnost.
Znakovi:
- promjene krvnog tlaka;
- povećano znojenje;
- neobjašnjivi opći umor;
- razdražljivost.
Mjere opreza i zaštita od laserskog zračenja
Ljudi čije aktivnosti uključuju korištenje kvantnih generatora najviše su izloženi riziku od izloženosti.
U skladu sa sanitarnim standardima, lasersko zračenje podijeljeno je u četiri klase opasnosti. Za ljudsko tijelo opasnost je druga, treća, četvrta klasa.
Tehničke metode zaštite od laserskog zračenja:
- Ispravan raspored industrijskih prostora, unutarnje uređenje moraju biti u skladu sa sigurnosnim propisima (laserske zrake ne smiju se zrcali).
- Odgovarajuće postavljanje instalacija za zračenje.
- Ograđivanje područja mogućeg izlaganja.
- Postupak i poštivanje pravila održavanja i rada opreme.
Druga laserska zaštita je individualna. Sadrži sljedeću opremu: naočale protiv laserskog zračenja, zaštitne navlake i zaslone, set zaštitne odjeće (tehnološki ogrtači i rukavice), leće i prizme koje reflektiraju zrake. Svi zaposlenici moraju redovito prolaziti preventivne liječničke preglede.
Korištenje lasera kod kuće također može biti opasno za zdravlje. Nepravilna uporaba svjetlosnih pokazivača i laserskih svjetiljki može uzrokovati nepopravljivu štetu osobi. Zaštita od laserskog zračenja pruža jednostavna pravila:
- Nemojte usmjeravati izvor zračenja na staklo ili ogledala.
- Strogo je zabranjeno usmjeravati laser u oči sebi ili drugoj osobi.
- Naprave s laserskim zračenjem moraju se čuvati izvan dohvata djece.
Djelovanje lasera, ovisno o modifikaciji emitera, može biti toplinsko, energetsko, fotokemijsko i mehaničko. Najveću opasnost predstavlja laser s izravnim zračenjem, visokog intenziteta, uskog i ograničenog smjera snopa te velike gustoće zračenja. Opasni čimbenici koji doprinose izloženosti uključuju visoki proizvodni napon u mreži, onečišćenje zraka kemikalije, intenzivna buka, rendgensko zračenje. Biološki učinci laserskog zračenja dijele se na primarni (lokalne opekline) i sekundarni (nespecifične promjene kao odgovor cijelog organizma). Treba imati na umu da nepromišljeno korištenje domaćih lasera, svjetlosnih pokazivača, svjetiljki, laserskih baterijskih svjetiljki može uzrokovati nepopravljivu štetu drugima.
Optički kvantni generatori (OKG, laseri) su uređaji koji predstavljaju izvor svjetlosnog zračenja potpuno novog tipa. Za razliku od zrake bilo kojeg poznatog izvora svjetlosti, koji nosi elektromagnetske valove različitih duljina, laserska zraka je monokromatska (elektromagnetski valovi točno iste duljine), odlikuje se visokom vremenskom i prostornom koherencijom (svi valovi generiraju se istovremeno u istoj fazi). ), uska usmjerenost, koja određuje precizno fokusiranje u malom volumenu. Stoga gustoća snage laserskog zračenja po impulsu može biti ogromna.
Dostupno različite vrste laseri: solid-state, gdje je emiter čvrsta- rubin, neodim, itd., plinski laseri (helij-neon, argon, itd.), tekući i poluvodički. Laseri mogu raditi u kontinuiranom i pulsirajućem načinu rada.
Lasersko zračenje karakteriziraju sljedeći glavni parametri: valna duljina (μm), snaga (W), gustoća toka snage (W/cm2), energija zračenja (J) i kutna divergencija snopa (arcmin).
Opseg primjene lasera je vrlo širok: u raznim područjima nacionalnog gospodarstva, u komunikacijskoj tehnologiji (omogućuje prijenos veliki broj informacije), u mikroelektronici, industriji satova, u zavarivanju, lemljenju itd., u znanstvenim istraživanjima, u istraživanju svemira.
Jedinstvenost laserske zrake - postizanje velike snage zračenja na vrlo malom području, potpuna sterilnost - omogućuje da se koristi u kirurgiji za koagulaciju tkiva tijekom operacija mrežnice, kao novi istraživački alat u eksperimentalnoj biologiji, u citologiji (zraka može doseći pojedine organele bez oštećenja cijele stanice) itd.
Sve veći broj ljudi uključuje se u područje lasera; Time ova vrsta zračenja dobiva značaj vrlo ozbiljnog profesionalno-higijenskog čimbenika.
U proizvodnim uvjetima najveća opasnost nije izravna svjetlosna zraka, čiji je učinak moguć samo u slučaju grubog kršenja sigurnosnih propisa, već difuzna refleksija i raspršenje zrake (tijekom vizualnog praćenja zrake koja pogađa cilj, pri promatranju instrumenata u blizini putanje zrake, pri refleksiji od zidova i drugih površina). Zrcalno reflektirajuće površine posebno su opasne. Iako je intenzitet reflektirane zrake nizak, moguće je prekoračiti razine energije koje su sigurne za oči. U laboratorijima u kojima se radi s pulsirajućim laserima postoje dodatni nepovoljni čimbenici: stalna (80-00 dB) i pulsirajuća (do 120 dB ili više) buka, zasljepljujuća svjetlost pumpnih lampi, umor vidnog analizatora, živčano-emocionalni stres. , plinske nečistoće u zračnom okruženju - ozon, dušikovi oksidi; ultraljubičasto zračenje itd.
Biološki učinak lasera
Biološki učinak lasera određen je pomoću dva glavna kriterija: 1) fizičke karakteristike laser (valna duljina laserskog zračenja, kontinuirani ili impulsni način zračenja, trajanje impulsa, brzina ponavljanja impulsa, specifična snaga), 2) apsorpcijske karakteristike tkiva. Svojstva same biološke strukture (apsorpcijska, reflektirajuća sposobnost) utječu na učinke biološkog djelovanja lasera.
Djelovanje lasera je višestruko - električno, fotokemijsko; glavni učinak je toplinski. Najopasniji su laseri s visokom pulsnom energijom.
Izravni monokromatski svjetlosni puls uzrokuje lokalnu opeklinu u zdravom tkivu - koagulaciju proteina, lokalnu nekrozu, oštro ograničenu od susjednog područja, aseptičnu upalu s naknadnim razvojem ožiljka vezivnog tkiva. S intenzivnim zračenjem - poremećaji vaskularizacije, krvarenja u parenhimskim organima. Uz ponovljeno zračenje, patološki učinak se povećava. Najosjetljivije su oči (rožnica i leća fokusiraju zračenje na mrežnicu) i koža, osobito pigmentirana.
Klinika
Kada laserska zraka izravno pogodi oko, mrežnica gori i pukne. Mogu biti zahvaćeni rožnica, šarenica, leća i koža kapaka. Šteta je obično nepovratna.
Ne samo izravno, već i raspršeno reflektirano zračenje s bilo koje površine opasno je za oči. Uz produljenu izloženost potonjem najčešće se nalaze igličasta, streličasta, a rjeđe i točkasta zamućenja leće. Na retini su svijetle, žućkasto-bijele, depigmentirane lezije. Pri proučavanju funkcionalnog stanja vizualnog analizatora utvrđuje se smanjenje osjetljivosti na svjetlo i kontrast, povećanje vremena oporavka prilagodbe i promjene osjetljivosti na svjetlo. Karakteristične tegobe su bol i pritisak u očnim jabučicama, bol u očima, umor očiju na kraju radnog dana i glavobolja.
Uz oštećenje organa vida, pri radu s OCG-om razvija se kompleks nespecifičnih reakcija iz različitih organa i sustava.
Klinička slika općih poremećaja sastoji se od autonomne disfunkcije s dodatkom neurotičnih reakcija na asteničnoj pozadini. Kako se profesionalno iskustvo povećava, učestalost neurocirkulacijske distonije u hipotoničnoj ili hipertoničnoj varijanti raste, ovisno o prirodi laserskog zračenja (kontinuirano, pulsirajuće), kao io stupnju neurotizacije.
Također postoje disfunkcije vestibularnog aparata, kako u smjeru povećanja tako i smanjenja njegove ekscitabilnosti. Učestalost ovih kršenja također raste s povećanjem profesionalnog iskustva.
Biokemijski pokazatelji karakterizirani su: povećanjem razine amonijaka u krvi, povećanjem aktivnosti alkalne fosfataze i transferaza, promjenom izlučivanja kateholamina.
U pokusima na životinjama, pod utjecajem niskih energetskih intenziteta, uočavaju se promjene u cerebralnom protoku krvi, povezane s promjenama u sustavnoj hemodinamici. Utvrđeno je djelovanje laserske energije na hipotalamo-hipofizni sustav.
Ispitivanje radne sposobnosti
Ako se razviju funkcionalni poremećaji središnjeg živčanog sustava ili kardiovaskularnog sustava, preporučuje se liječenje i privremeni premještaj na drugo radno mjesto; povratak na posao ako se stanje popravi (uz liječnički nadzor) i uz poboljšanje uvjeta rada. Oštećenje oka je kontraindikacija za daljnji rad s laserom.
Prevencija
Racionalna organizacija uvjeta rada laboratorija. Postavljanje lasera u izoliranu prostoriju. Alarmni sustav za osiguranje sigurnosti tijekom rada lasera. Izbjegavajte korištenje reflektirajućih površina. Laserska zraka mora biti usmjerena na nereflektirajuću i nezapaljivu pozadinu. Zidovi su obojeni mat - u svijetle boje. Zaštita zrake (osobito snažnog lasera) od emitera do leće. Strogo je zabranjen boravak ljudi u opasnoj zoni laserskog zračenja dok laser radi. Osobama koje nisu uključene u servisiranje lasera zabranjen je boravak u laboratoriju. Učinkovita ventilacija. Opća i lokalna rasvjeta. Stroga usklađenost sa zahtjevima električne sigurnosti i mjerama osobne zaštite. Korištenje posebno dizajniranih zaštitnih stakala (za svaku valnu duljinu svoj filter). Rad u općim uvjetima jakog osvjetljenja radi sužavanja zjenice. Kada radite s visokom energijom, izbjegavajte kontakt bilo kojeg dijela tijela s izravnim snopom; preporučuje se nošenje crnih filc ili kožnih rukavica. Stroga oftalmološka kontrola. Prethodni i periodični liječnički pregledi.
1. Prolaz monokromatske svjetlosti kroz prozirni medij.
2. Stvaranje inverzije naseljenosti. Metode crpljenja.
3. Princip rada lasera. Vrste lasera.
4. Značajke laserskog zračenja.
5. Značajke laserskog zračenja koje se koristi u medicini.
6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod utjecajem kontinuiranog snažnog laserskog zračenja.
7. Primjena laserskog zračenja u medicini.
8. Osnovni pojmovi i formule.
9. Zadaci.
Znamo da se svjetlost emitira u zasebnim dijelovima - fotonima, od kojih svaki nastaje kao rezultat radijacijskog prijelaza atoma, molekule ili iona. Prirodno svjetlo skup je golemog broja takvih fotona, različitih frekvencija i faza, emitiranih u nasumičnim vremenima u nasumičnim smjerovima. Dobivanje snažnih snopova monokromatske svjetlosti pomoću prirodnih izvora gotovo je nemoguć zadatak. Istodobno, potrebu za takvim zrakama osjećali su i fizičari i stručnjaci u mnogim primijenjenim znanostima. Stvaranje lasera omogućilo je rješavanje ovog problema.
Laser– uređaj koji generira koherentne elektromagnetske valove potaknutom emisijom mikročestica medija u kojem je visok stupanj pobuđenosti jednog od razine energije.
Laser (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) - pojačanje svjetlosti pomoću stimuliranog zračenja.
Intenzitet laserskog zračenja (LR) višestruko je veći od intenziteta prirodnih izvora svjetlosti, a divergencija laserskog snopa manja je od jedne lučne minute (10 -4 rad).
31.1. Prolaz monokromatske svjetlosti kroz prozirni medij
U predavanju 27 saznali smo da prolazak svjetlosti kroz materiju prati: fotonska ekscitacija njegove čestice i čini stimulirana emisija. Razmotrimo dinamiku tih procesa. Neka se širi u okolini monokromatski svjetlosti čija frekvencija (ν) odgovara prijelazu čestica ovog medija s prizemne razine (E 1) na pobuđenu razinu (E 2):
Fotoni koji pogađaju čestice u osnovnom stanju će biti apsorbiran a same čestice će prijeći u pobuđeno stanje E 2 (vidi sl. 27.4). Fotoni koji udaraju u pobuđene čestice pokreću stimuliranu emisiju (vidi sl. 27.5). U ovom slučaju fotoni su udvostručeni.
Sposoban toplinska ravnoteža odnos između broja pobuđenih (N 2) i nepobuđenih (N 1) čestica slijedi Boltzmannovu distribuciju:
gdje je k Boltzmannova konstanta, T apsolutna temperatura.
U ovom slučaju N 1 >N 2 i apsorpcija dominira nad udvostručenjem. Posljedično, intenzitet izlazne svjetlosti I bit će manji od intenziteta upadne svjetlosti I 0 (sl. 31.1).
Riža. 31.1. Slabljenje svjetlosti koja prolazi kroz medij u kojem je stupanj ekscitacije manji od 50% (N 1 > N 2)
Kako se svjetlost apsorbira, stupanj ekscitacije će se povećati. Kada dosegne 50% (N 1 = N 2), između apsorpcija I dubliranje uspostavit će se ravnoteža, jer će vjerojatnosti da će fotoni pogoditi pobuđene i nepobuđene čestice postati iste. Ako osvjetljenje medija prestane, tada će se nakon nekog vremena medij vratiti u početno stanje koje odgovara Boltzmannovoj raspodjeli (N 1 > N 2). Napravimo preliminarni zaključak:
Pri osvjetljavanju okoline monokromatskim svjetlom (31.1) nemoguće postići takvo stanje okoline u kojem stupanj ekscitacije prelazi 50%. Ipak, razmotrimo pitanje prolaska svjetlosti kroz medij u kojem je na neki način postignuto stanje N 2 > N 1 . Ovo stanje se naziva stanje sa inverzna populacija(od lat. inversio- okretanje).
Inverzija stanovništva- stanje okoliša u kojem je broj čestica na jednoj od gornjih razina veći nego na donjoj razini.
U mediju s invertiranom naseljenošću veća je vjerojatnost da će foton pogoditi pobuđenu česticu nego nepobuđenu. Dakle, proces udvostručavanja dominira nad procesom apsorpcije i postoji dobiti svjetlo (slika 31.2).
Kako svjetlost prolazi kroz populacijski invertirani medij, stupanj ekscitacije će se smanjivati. Kada dosegne 50%
Riža. 31.2. Pojačanje svjetlosti koja prolazi kroz medij s invertiranom naseljenošću (N 2 > N 1)
(N 1 = N 2), između apsorpcija I dubliranje uspostavit će se ravnoteža i nestat će efekt pojačanja svjetlosti. 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 dobiti svjetlosni puls ogromne snage. Istina, još neće imati potrebnu koherentnost i usmjerenost, ali bit će in visok stupanj monokromatski (hv = E 2 - E 1). Ovo još nije laser, ali je već nešto blizu.
31.2. Stvaranje inverzije stanovništva. Metode crpljenja
Dakle, je li moguće postići inverziju stanovništva? Ispada da možete ako koristite tri razine energije sa sljedećom konfiguracijom (Sl. 31.3).
Neka okolina bude osvijetljena snažnim bljeskom svjetlosti. Dio emisijskog spektra bit će apsorbiran pri prijelazu s glavne razine E 1 na široku razinu E 3 . Podsjetimo da širok je razina energije s kratkim vremenom opuštanja. Stoga većina čestica koje uđu u pobudnu razinu E 3 nezračenjem prelazi na usku metastabilnu razinu E 2, gdje se akumuliraju. Zbog uskosti ove razine, samo mali dio bljeskavih fotona
Riža. 31.3. Stvaranje populacijske inverzije na metastabilnoj razini
sposoban izazvati prisilni prijelaz E 2 → E 1 . Time se stvaraju uvjeti za stvaranje inverzne populacije.
Proces stvaranja inverzije naseljenosti naziva se biti zagrijan. Moderni laseri koriste razne vrste pumpanja.
Optičko pumpanje prozirnih aktivnih medija koristi svjetlosne impulse iz vanjskog izvora.
Dizanje plinovitih aktivnih medija električnim pražnjenjem koristi električno pražnjenje.
Injekcijsko pumpanje poluvodičkih aktivnih medija koristi električnu struju.
Kemijsko crpljenje aktivnog medija iz mješavine plinova troši energiju kemijska reakcija između komponenti smjese.
31.3. Princip rada lasera. Vrste lasera
Funkcionalni dijagram lasera prikazan je na sl. 31.4. Radna tekućina (aktivni medij) je dugačak uski cilindar, čiji su krajevi prekriveni s dva zrcala. Jedno od ogledala (1) je prozirno. Takav sustav naziva se optički rezonator.
Sustav crpljenja prenosi čestice s prizemne razine E 1 na apsorpcijsku razinu E 3 , odakle se nezračenjem prenose na metastabilnu razinu E 2 , stvarajući njegovu populacijsku inverziju. Nakon toga počinju spontani radijacijski prijelazi E 2 → E 1 s emisijom monokromatskih fotona:
Riža. 31.4. Shema laserskog uređaja
Fotoni spontane emisije emitirani pod kutom u odnosu na os šupljine izlaze kroz bočna površina i ne sudjeluju u procesu generiranja. Njihov tok brzo presušuje.
Fotoni, koji se nakon spontane emisije kreću duž osi rezonatora, opetovano prolaze kroz radni fluid reflektirajući se od zrcala. Istodobno, oni stupaju u interakciju s pobuđenim česticama, pokrećući stimuliranu emisiju. Zbog toga dolazi do “lavinskog” porasta induciranih fotona koji se kreću u istom smjeru. Višestruko pojačan tok fotona izlazi kroz prozirno zrcalo, stvarajući snažan snop gotovo paralelnih koherentnih zraka. Zapravo, generira se lasersko zračenje prvi spontani foton koji se kreće duž osi rezonatora. Ovo osigurava koherentnost zračenja.
Dakle, laser pretvara energiju izvora pumpe u energiju monokromatske koherentne svjetlosti. Učinkovitost takve transformacije, tj. Učinkovitost ovisi o vrsti lasera i kreće se od djelića postotka do nekoliko desetaka postotaka. Većina lasera ima učinkovitost od 0,1-1%.
Vrste lasera
Prvi stvoreni laser (1960.) koristio je rubin kao radnu tekućinu i optički sustav pumpanja. Rubin je kristalni aluminijev oksid A1 2 O 3 koji sadrži oko 0,05% atoma kroma (krom je taj koji rubinu daje ružičastu boju). Aktivni medij su atomi kroma ugrađeni u kristalnu rešetku
s konfiguracijom energetskih razina prikazanom na sl. 31.3. Valna duljina zračenja rubinskog lasera je λ = 694,3 nm. Zatim su se pojavili laseri koji koriste druge aktivne medije.
Ovisno o vrsti radnog fluida, laseri se dijele na plinske, krute, tekuće i poluvodičke. U laserima u čvrstom stanju aktivni element je obično izrađen u obliku cilindra čija je duljina mnogo veća od promjera. Plin i tekući aktivni medij smješteni su u cilindričnu kivetu.
Ovisno o metodi pumpanja, može se dobiti kontinuirano i pulsno generiranje laserskog zračenja. Uz kontinuirani sustav crpljenja, inverzija naseljenosti održava se dugo vremena zahvaljujući vanjskom izvoru energije. Na primjer, kontinuirano pobuđivanje električnim pražnjenjem u plinovitom okruženju. S pulsnim pumpnim sustavom, inverzija naseljenosti se stvara u pulsirajućem načinu rada. Frekvencija ponavljanja pulsa od 10 -3
Hz do 10 3 Hz.
31.4. Značajke laserskog zračenja
Lasersko zračenje po svojim se svojstvima bitno razlikuje od zračenja konvencionalnih izvora svjetlosti. Zabilježimo njegove karakteristične značajke.
1. Koherentnost. Zračenje je visoko koherentan,što je zbog svojstava stimulirane emisije. U ovom slučaju ne dolazi samo do vremenske, već i do prostorne koherencije: fazna razlika u dvije točke ravnine okomito na smjer širenja ostaje konstantna (slika 31.5, a).
2. Kolimacija. Lasersko zračenje je kolimirano, oni. sve zrake u snopu su gotovo paralelne jedna s drugom (Sl. 31.5, b). Na većim udaljenostima laserska zraka samo malo povećava promjer. Budući da kut divergencije φ mala, tada se intenzitet laserske zrake lagano smanjuje s udaljenošću. To omogućuje prijenos signala na velike udaljenosti s malim prigušenjem njihova intenziteta.
3. Monokromatski. Lasersko zračenje je izrazito monokromatski, oni. sadrži valove gotovo iste frekvencije (širina spektralne linije je Δλ ≈0,01 nm). Na
Slika 31.5c prikazuje shematsku usporedbu širine linije laserske zrake i zrake obične svjetlosti.
Riža. 31.5. Koherencija (a), kolimacija (b), monokromatičnost (c) laserskog zračenja
Prije pojave lasera, zračenje s određenim stupnjem monokromatičnosti moglo se dobiti pomoću uređaja - monokromatora, koji razlikuju uske spektralne intervale (uske pojaseve valnih duljina) od kontinuiranog spektra, ali je svjetlosna snaga u takvim pojasima mala.
4. Visoka snaga, visoki napon. Pomoću lasera moguće je osigurati vrlo visoku snagu monokromatskog zračenja - do 10 5 W u kontinuiranom načinu rada. Snaga pulsirajućih lasera je nekoliko redova veličine veća. Dakle, neodimijski laser generira impuls energije E = 75 J, čije je trajanje t = 3x10 -12 s. Snaga u impulsu jednaka je P = E/t = 2,5x10 13 W (za usporedbu: snaga hidroelektrane je P ~ 10 9 W).
5. Visok intenzitet. Kod pulsirajućih lasera intenzitet laserskog zračenja je vrlo visok i može doseći I = 10 14 -10 16 W/cm 2 (usp. intenzitet sunčeve svjetlosti u blizini zemljine površine I = 0,1 W/cm 2).
6. Visoka svjetlina. Za lasere koji rade u vidljivom području, svjetlina lasersko zračenje (intenzitet svjetlosti po jedinici površine) je vrlo visok. Čak i najslabiji laseri imaju svjetlinu od 10 15 cd/m 2 (za usporedbu: svjetlost Sunca je L ~ 10 9 cd/m 2).
7. Pritisak. Kada laserska zraka padne na površinu tijela, stvara pritisak(D). Uz potpunu apsorpciju laserskog zračenja koje pada okomito na površinu stvara se tlak D = I/c, gdje je I intenzitet zračenja, c brzina svjetlosti u vakuumu. Kod totalne refleksije tlak je dvostruko veći. Za intenzitet I = 10 14 W/cm 2 = 10 18 W/m 2 ; D = 3,3x10 9 Pa = 33 000 atm.
8. Polarizacija. Lasersko zračenje potpuno je polarizirani.
31.5. Karakteristike laserskog zračenja koje se koristi u medicini
Valna duljina zračenja
Valne duljine zračenja (λ) medicinskih lasera leže u rasponu od 0,2 -10 µm, tj. od ultraljubičastog do dalekog infracrvenog područja.
Snaga zračenja
Snaga zračenja (P) medicinskih lasera varira u širokim granicama, određenim svrhom primjene. Za lasere s kontinuiranim pumpanjem, P = 0,01-100 W. Impulsni laseri karakterizirani su snagom impulsa P i trajanjem impulsa τ i
Za kirurške lasere P i = 10 3 -10 8 W, a trajanje impulsa t i = 10 -9 -10 -3 s.
Energija u impulsu zračenja
Energija jednog impulsa laserskog zračenja (E i) određena je relacijom E i = P i -t i, gdje je t i trajanje impulsa zračenja (obično t i = 10 -9 -10 -3 s) . Za kirurške lasere E i = 0,1-10 J.
Brzina ponavljanja pulsa
Ova karakteristika (f) pulsirajućih lasera pokazuje broj impulsa zračenja koje laser generira u 1 s. Za terapeutske lasere f = 10-3.000 Hz, za kirurške lasere f = 1-100 Hz.
Prosječna snaga zračenja
Ova karakteristika (P av) pulsno-periodičnih lasera pokazuje koliko energije laser emitira u 1 s, a određena je sljedećim odnosom:
Intenzitet (gustoća snage)
Ova karakteristika (I) definirana je kao omjer snage laserskog zračenja i površine poprečnog presjeka snopa. Za kontinuirane lasere I = P/S. U slučaju pulsirajućih lasera postoje intenzitet pulsa I i = P i /S i prosječni intenzitet I av = P av /S.
Intenzitet kirurških lasera i pritisak koji stvara njihovo zračenje imaju sljedeće vrijednosti:
za kontinuirane lasere I ~ 10 3 W/cm 2, D = 0,033 Pa;
za pulsne lasere I i ~ 10 5 -10 11 W/cm 2, D = 3,3 - 3,3x10 6 Pa.
Gustoća energije pulsa
Ova veličina (W) karakterizira energiju po jedinici površine ozračene površine po impulsu i određena je relacijom W = E i /S, gdje je S (cm 2) površina svjetlosne točke (tj. presjek laserske zrake) na površini bioloških tkiva. Za lasere koji se koriste u kirurgiji, W ≈ 100 J/cm 2.
Parametar W se može smatrati dozom zračenja D po 1 impulsu.
31.6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod utjecajem kontinuiranog snažnog laserskog zračenja
Promjene u temperaturi i svojstvima tkanine
pod utjecajem kontinuiranog laserskog zračenja
Apsorpcija laserskog zračenja velike snage od strane biološkog tkiva praćena je oslobađanjem topline. Za izračun oslobođene topline koristi se posebna vrijednost - volumetrijska gustoća topline(q).
Oslobađanje topline prati povećanje temperature, au tkivima se odvijaju sljedeći procesi:
na 40-60°C dolazi do aktivacije enzima, stvaranja edema, promjena i ovisno o vremenu djelovanja do smrti stanica, 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 - pougljenje;
preko 300°C - isparavanje tkanine, stvaranje plina. Dinamika ovih procesa prikazana je na sl. 31.6.
Riža. 31.6. Dinamika promjena temperature tkiva pod utjecajem kontinuiranog laserskog zračenja
1 faza. Najprije se temperatura tkiva povisi od 37 do 100 °C. U tom temperaturnom području 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 tog procesa temperatura ostaje konstantna.
3 faza. Nakon što voda ispari, temperatura ponovno počinje rasti, ali sporije nego u odjeljku 1, budući da dehidrirano tkivo apsorbira energiju manje od normalne.
4 faza. Nakon postizanja temperature T ≈ 150 °C počinje proces pougljenjivanja i posljedično “crnjenja” biološkog tkiva. U tom slučaju povećava se koeficijent apsorpcije α. Stoga se opaža nelinearni porast temperature, koji se s vremenom ubrzava.
5 faza. Kada se postigne temperatura T ≈ 300 °C, počinje proces isparavanja dehidriranog pougljenjenog biološkog tkiva i ponovno prestaje porast temperature. Upravo u tom trenutku laserska zraka reže (odstranjuje) tkivo, tj. postaje skalpel.
Stupanj porasta temperature ovisi o dubini tkiva (slika 31.7).
Riža. 31.7. Procesi koji se odvijaju u ozračenim tkivima na različitim dubinama: A- u površinskom sloju tkanina se zagrijava do nekoliko stotina stupnjeva i isparava; b- snaga zračenja oslabljena gornjim slojem nije dovoljna za isparavanje tkiva. Dolazi do koagulacije tkiva (ponekad zajedno s pougljenjem - debela crna crta); V- zagrijavanje tkiva nastaje zbog prijenosa topline iz zone (b)
Opseg pojedinih zona određen je kako karakteristikama laserskog zračenja tako i svojstvima samog tkiva (prvenstveno koeficijentima apsorpcije i toplinske vodljivosti).
Utjecaj snažnog fokusiranog snopa laserskog zračenja popraćen je pojavom udarni valovi, što može uzrokovati mehanička oštećenja susjednih tkiva.
Ablacija tkiva pod utjecajem snažnog pulsnog laserskog zračenja
Kada se tkivo izloži kratkim impulsima laserskog zračenja visoke gustoće energije, ostvaruje se drugi mehanizam disekcije i uklanjanja biološkog tkiva. U tom slučaju dolazi do vrlo brzog zagrijavanja tkivne tekućine do temperature T > T vrenja. U tom se slučaju tkivna tekućina nalazi u metastabilnom pregrijanom stanju. Zatim dolazi do “eksplozivnog” vrenja tkivne tekućine, koje je popraćeno uklanjanjem tkiva bez pougljenja. Ova pojava se zove ablacija. Ablacija je praćena stvaranjem mehaničkih udarnih valova koji mogu uzrokovati mehanička oštećenja tkiva u blizini zone laserskog zračenja. Ova se činjenica mora uzeti u obzir pri odabiru parametara pulsnog laserskog zračenja, na primjer, prilikom brušenja kože, bušenja zuba ili laserske korekcije vidne oštrine.
31.7. Primjena laserskog zračenja u medicini
Procesi koji karakteriziraju interakciju laserskog zračenja (LR) s biološkim objektima mogu se podijeliti u 3 skupine:
neometajući utjecaj(bez primjetnog učinka na biološki objekt);
fotokemijsko djelovanje(čestica pobuđena laserom ili sama sudjeluje u odgovarajućim kemijskim reakcijama ili prenosi svoju pobudu na drugu česticu koja sudjeluje u kemijskoj reakciji);
fotodestrukcija(zbog oslobađanja toplinskih ili udarnih valova).
Laserska dijagnostika
Laserska dijagnostika je neperturbirajući učinak na biološki objekt korištenjem koherentnost lasersko zračenje. Nabrojimo glavne dijagnostičke metode.
Interferometrija. Kada se lasersko zračenje reflektira od hrapave površine, nastaju sekundarni valovi koji interferiraju jedni s drugima. Kao rezultat toga nastaje slika tamnih i svijetlih mrlja (speckles) čiji položaj daje informaciju o površini biološkog objekta (speckle interferometrijska metoda).
Holografija. Pomoću laserskog zračenja dobiva se 3-dimenzionalna slika objekta. U medicini ova metoda omogućuje dobivanje trodimenzionalnih slika unutarnjih šupljina želuca, očiju itd.
Raspršenje svjetlosti. Kada visoko usmjerena laserska zraka prolazi kroz prozirni objekt, svjetlost se raspršuje. Registriranje kutne ovisnosti intenziteta raspršenog svjetla (metoda nefelometrije) omogućuje određivanje veličine čestica medija (od 0,02 do 300 μm) i stupnja njihove deformacije.
Pri raspršenju se može promijeniti polarizacija svjetlosti, što se također koristi u dijagnostici (metoda polarizacijske nefelometrije).
Doppler efekt. Ova se metoda temelji na mjerenju Dopplerovog pomaka frekvencije LR, koji se javlja kada se svjetlost reflektira čak i od čestica koje se sporo kreću (anenometrijska metoda). Na taj način se mjeri brzina protoka krvi u žilama, pokretljivost bakterija itd.
Kvazielastično raspršenje. Kod takvog raspršenja dolazi do male promjene valne duljine sondirajućeg LR. Razlog tome je promjena svojstava raspršenja (konfiguracija, konformacija čestica) tijekom procesa mjerenja. Privremene promjene parametara površine rasipanja očituju se u promjeni spektra raspršenja u odnosu na spektar dovodnog zračenja (spektar raspršenja se ili širi ili se u njemu pojavljuju dodatni maksimumi). Ova metoda omogućuje dobivanje informacija o promjenjivim karakteristikama raspršivača: koeficijentu difuzije, brzini usmjerenog transporta, veličini. Tako se dijagnosticiraju proteinske makromolekule.
Laserska masena spektroskopija. Ova metoda se koristi za proučavanje kemijski sastav objekt. Snažne zrake laserskog zračenja isparavaju tvar s površine biološkog objekta. Pare se podvrgavaju spektralnoj analizi mase, čiji rezultati određuju sastav tvari.
Laserski test krvi. Laserska zraka propuštena kroz usku kvarcnu kapilaru kroz koju se pumpa posebno tretirana krv uzrokuje fluoresciranje njezinih stanica. Fluorescentno svjetlo tada detektira osjetljiv senzor. Ovaj sjaj je specifičan za svaku vrstu stanice koja pojedinačno prolazi kroz presjek laserske zrake. Izračunava se ukupan broj stanica u određenom volumenu krvi. Određuju se precizni kvantitativni pokazatelji za svaku vrstu stanica.
Metoda fotodestrukcije. Koristi se za proučavanje površine sastav objekt. Snažne LR zrake omogućuju uzimanje mikrouzoraka s površine bioloških objekata isparavanjem tvari i kasnijom masenom spektralnom analizom te pare.
Primjena laserskog zračenja u terapiji
U terapiji se koriste laseri niskog intenziteta (intenzitet 0,1-10 W/cm2). Zračenje niskog intenziteta ne uzrokuje zamjetan destruktivni učinak na tkivo izravno tijekom zračenja. U vidljivom i ultraljubičastom području spektra učinci zračenja uzrokovani su fotokemijskim reakcijama i ne razlikuju se od učinaka koje uzrokuje monokromatsko svjetlo primljeno iz konvencionalnih nekoherentnih izvora. U tim slučajevima, laseri su jednostavno prikladni monokromatski izvori svjetlosti koji pružaju
Riža. 31.8. Shema korištenja laserskog izvora za intravaskularno zračenje krvi
osiguravajući preciznu lokalizaciju i dozu izloženosti. Kao primjer na Sl. Na slici 31.8 prikazan je dijagram korištenja izvora laserskog zračenja za intravaskularno zračenje krvi u bolesnika sa zatajenjem srca.
Dolje su navedene najčešće metode laserske terapije.
Terapija crvenim svjetlom. He-Ne lasersko zračenje valne duljine 632,8 nm koristi se u protuupalne svrhe za liječenje rana, čireva i koronarne bolesti srca. Terapeutski učinak povezan je s utjecajem svjetlosti ove valne duljine na proliferativnu aktivnost stanice. Svjetlost djeluje kao regulator staničnog metabolizma.
Terapija plavim svjetlom. Lasersko zračenje s valnom duljinom u plavom području vidljive svjetlosti koristi se, primjerice, za liječenje žutice u novorođenčadi. Ova bolest je posljedica oštrog povećanja koncentracije bilirubina u tijelu, koji ima maksimalnu apsorpciju u plavoj regiji. Ako su djeca ozračena laserskim zračenjem ovog raspona, bilirubin se razgrađuje, stvarajući proizvode topive u vodi.
Laserska fizioterapija - primjena laserskog zračenja u kombinaciji s različitim metodama elektrofizioterapije. Neki laseri imaju magnetske priključke za kombinirano djelovanje laserskog zračenja i magnetsko polje- magnetska laserska terapija. Tu spada magnetno-infracrveni laserski terapeutski uređaj Milta.
Učinkovitost laserske terapije povećava se u kombinaciji s ljekovitim tvarima prethodno nanesenim na ozračeno područje (laserforeza).
Fotodinamička terapija tumora. Fotodinamička terapija (PDT) koristi se za uklanjanje tumora koji su dostupni svjetlu. PDT se temelji na uporabi fotosenzibilizatora lokaliziranih u tumorima, koji povećavaju osjetljivost tkiva tijekom njihove
naknadno zračenje vidljivom svjetlošću. Uništavanje tumora tijekom PDT temelji se na tri učinka: 1) izravno fotokemijsko uništavanje tumorskih stanica; 2) oštećenje krvnih žila tumora, što dovodi do ishemije i smrti tumora; 3) pojava upalne reakcije koja mobilizira antitumorsku imunološku obranu tjelesnih tkiva.
Za zračenje tumora koji sadrže fotosenzibilizatore koristi se lasersko zračenje valne duljine 600-850 nm. U ovom području spektra dubina prodiranja svjetlosti u biološka tkiva je najveća.
Fotodinamička terapija koristi se u liječenju tumora kože i unutarnjih organa: pluća, jednjaka (lasersko zračenje se dovodi do unutarnjih organa pomoću svjetlovoda).
Primjena laserskog zračenja u kirurgiji
U kirurgiji se laseri visokog intenziteta koriste za rezanje tkiva, uklanjanje patoloških područja, zaustavljanje krvarenja i zavarivanje bioloških tkiva. Pravilnim odabirom valne duljine zračenja, njegovog intenziteta i trajanja izlaganja mogu se postići različiti kirurški učinci. Tako se za rezanje bioloških tkiva koristi fokusirana zraka kontinuiranog CO 2 lasera valne duljine λ = 10,6 μm i snage 2x10 3 W/cm 2.
Korištenje laserske zrake u kirurgiji omogućuje selektivnu i kontroliranu izloženost. Laserska kirurgija ima niz prednosti:
Beskontaktni, pružajući apsolutnu sterilnost;
Selektivnost, koja omogućuje izbor valne duljine zračenja za uništavanje patoloških tkiva u dozama bez utjecaja na okolna zdrava tkiva;
Beskrvnost (zbog koagulacije proteina);
Mogućnost mikrokirurških intervencija zbog visokog stupnja fokusiranja snopa.
Naznačimo neka područja kirurške primjene lasera.
Lasersko zavarivanje tkanina. Spajanje diseciranih tkiva nužan je korak u mnogim operacijama. Slika 31.9 prikazuje kako se zavarivanje jednog od debla velikog živca provodi u kontaktnom načinu pomoću lema, koji
Riža. 31.9. Zavarivanje živaca pomoću laserske zrake
kapi iz pipete se nanose na mjesto lasera.
Uništavanje pigmentiranih područja. Za uništavanje pigmentiranih područja koriste se pulsirajući laseri. Ova metoda (fototermoliza) koristi se za liječenje angioma, tetovaža, sklerotičnih plakova u krvnim žilama itd.
Laserska endoskopija. Uvođenje endoskopije revolucioniralo je kiruršku medicinu. Kako bi se izbjegle velike otvorene operacije, lasersko zračenje se do mjesta tretmana dovodi pomoću optičkih svjetlovoda, koji omogućuju dovod laserskog zračenja do bioloških tkiva unutarnjih šupljih organa. Time se značajno smanjuje rizik od infekcija i postoperativnih komplikacija.
Laserski kvar. Kratkopulsni laseri u kombinaciji sa svjetlovodima koriste se za uklanjanje plaka u krvnim žilama, žučnih i bubrežnih kamenaca.
Laseri u oftalmologiji. Primjena lasera u oftalmologiji omogućuje izvođenje beskrvnih kirurških zahvata bez narušavanja integriteta očne jabučice. To su operacije na staklastom tijelu; zavarivanje odvojene retine; liječenje glaukoma "bušenjem" rupica (50÷100 µm promjera) laserskom zrakom za istjecanje intraokularne tekućine. Za korekciju vida koristi se ablacija sloj-po-sloj tkiva rožnice.
31.8. Osnovni pojmovi i formule
Kraj stola
31.9. Zadaci
1. U molekuli fenilalanina razlika energije u osnovnom i pobuđenom stanju je ΔE = 0,1 eV. Pronađite odnos između naseljenosti ovih razina pri T = 300 K.
Odgovor: n = 3,5*10 18.
Svojstva laserskog zračenja omogućuju njegovu primjenu u različitim područjima ljudskog života. U medicini i kozmetologiji laser se koristi za liječenje velikog broja bolesti i estetskih nedostataka.
Koristeći laserski skalpel, liječnik stvara beskrvne rezove, što je osigurano trenutnim lemljenjem kapilara i krvnih žila. Osim toga, koristeći takve alate, stručnjak ima priliku vidjeti cijelo radno područje. Laserska zraka reže kožu na daljinu, bez izravnog kontakta s krvnim žilama i organima.
U ovom slučaju postiže se sterilnost. Visoka koncentracija lasera omogućuje izvođenje kirurških zahvata uz minimalnu traumu. Pacijenti se nakon ovakvih operacija mnogo brže oporavljaju, odnosno puno brže vraća radna sposobnost. Osim toga, manipulacije laserskim skalpelom ne uzrokuju nikakvu nelagodu nakon operacije.
Aktivni tehnološki razvoj značajno je proširio mogućnosti korištenja laserskog zračenja. Znanstvenici su otkrili pozitivan učinak na stanje kože. Zbog toga se laseri danas često koriste u dermatologiji i kozmetologiji.
Reakcija i stupanj apsorpcije zraka od strane kože ovisi o njenom tipu. Laserski uređaji omogućuju podešavanje duljine kose za svaku pojedinačnu situaciju. Primjena:
Jedna od prvih industrija u kojoj su se laseri počeli aktivno koristiti bila je oftalmologija. Očna mikrokirurgija 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 se slučajevima laserska tehnologija koristi za liječenje ranog stadija raka probavnog sustava. Međutim, laser nije učinkovit u prisutnosti metastaza i duboke lokalizacije malignog tumora.
Opasnost za tijelo
Negativan utjecaj laserskog zračenja na ljudski organizam odavno je dokazan. Zračenje može biti reflektirano, difuzno i izravno. Štetan učinak je zbog toplinskih i svjetlosnih svojstava lasera. Intenzitet lezije određen je razinom apsorpcije tkiva, valnom duljinom i ciljanim područjem.
Očne jabučice mogu više stradati od lasera nego drugi dijelovi tijela. Rožnica je izuzetno osjetljiva pa se lako opeče. Posljedice uključuju oštro smanjenje vidne funkcije ili apsolutnu sljepoću. Izvori zračenja su obično infracrveni laserski emiteri. Ako je leća, rožnica, mrežnica ili šarenica oštećena laserskom zrakom, mogu se uočiti sljedeći simptomi:
- grčevi i bolovi u očnoj jabučici;
- zamućenje očne leće;
- krvarenja i oticanje kapaka.
Ljudska koža također je ranjiva. Na mjestu kontakta s laserskom zrakom temperatura se povećava. Intersticijske i unutarstanične tekućine počinju brzo ključati i isparavati. Na koži se pojavljuje crvenilo. Nakon nekog vremena na opečenom mjestu mogu se pojaviti mrtva područja. Uz snažnu ekspoziciju, koža se pougljeni gotovo trenutno. Najvažniji znak laserske opekline su stroge konture lezije, a mjehurići se ne stvaraju ispod epiderme, već u njoj.
Infracrveni laser može utjecati ne samo na kožu, već i na unutarnje organe, jer prodire u tkivo. Duboku opeklinu karakterizira slijed oštećenog i zdravog tkiva. U početku, nakon štetnih učinaka, osoba nema nikakvu nelagodu ili bol. Najranjiviji unutarnji organ smatra se jetra.
Osim toga, djelovanje lasera na ljudski organizam uzrokuje poremećaje kardiovaskularnog sustava i središnjeg živčanog sustava (kardiovaskularnog, odnosno središnjeg živčanog sustava). Žrtva može osjetiti obilno znojenje, usporen rad srca, skokove tlaka i osjećaj razdražljivosti.
Mjere zaštite i opreza
Rizična skupina uključuje ljude čiji rad uključuje korištenje kvantnih generatora. Sanitarni standardi dijele opasnost od laserskog zračenja u četiri klase. Sve klase osim prve mogu predstavljati opasnost za ljudsko tijelo. Mogućnosti tehničke zaštite uključuju:
- kompetentno uređenje industrijskih prostora i pravilan izbor unutarnje obloge (laser se ne smije reflektirati s površina);
- racionalna ugradnja emiterskih uređaja;
- ograđivanje prostora koji je izložen zračenju;
- usklađenost sa zahtjevima za rad i održavanje laserskih sustava.
Ostale mjere zaštite su individualne. Uključuje korištenje zaštitnih naočala, zaštitne odjeće, zaslona, kućišta, prizmi i leća.
Upotreba lasera u kućanstvu također može predstavljati opasnost za ljudsko tijelo. Nepoštivanje uputa može dovesti do vrlo tužnih posljedica. Zaštita u ovom slučaju uključuje sljedeće preporuke:
Laser može imati mehanički, fotokemijski, energetski ili toplinski učinak. To ovisi o vrsti emitera koji se koristi. Izravno lasersko zračenje smatra se najopasnijim, jer ima maksimalni intenzitet. Razmišljajući o tome je li laser štetan za zdravlje, treba imati na umu da neracionalna uporaba kućnih laserskih uređaja, svjetiljki ili svjetlosnih signala može naštetiti ne samo vlasniku, već i drugima.
