Лазерное излучение. Лазеры - источники световой энергии, позволяющие получить когерентное, направленное излучение с высокой спектральной плотностью

Лазеры - источники световой энергии, позволяющие получить когерентное, направленное излучение с высокой спектральной плотностью. Лазер представляет собой источник электромагнитного излучения оптического диапазона, имеющего особые физические свойства:

- монохроматичность (одноцветность) – все электромагнитные колебания потока излучения имеют одинаковую длину волны;

- когерентность (синфазность) – совпадение фаз электромагнитных колебаний излучения;

- поляризацию – фиксированную ориентацию векторов электромагнитного излучения в пространстве относительно направления его распространения;

- направленность – малая расходимость потока излучения.

Особые свойства лазерного излучения позволяют концентрировать энергию со строго определенными физическими параметрами и высокими потенциалом биологического и лечебного действия на поверхности объекта.

Основные понятия и термины.

Основными физическими терминами, параметрами и величинами, которые используются для оценки свойств лазерного излучения и описания методик, являются следующие:

Волна – возмущение (изменение состояния среды или поля), распространяющееся в пространстве с конечной скоростью. Для описания свойств волны используются параметры:

- частота колебаний (ν) – величина, равная числу колебаний за одну секунду. Единица измерения в системе СИ – Герц (Гц);

- период колебаний (T) – наименьшее время, за которое совершается одно полное колебание. Величина, обратная частоте колебаний. Единица измерения в системе СИ – секунда;

- длина волны (λ) - расстояние, на которое распространяется волна за один период колебаний, равное расстоянию между двумя ближайшими точками среды, колеблющимися в одной фазе. Связана с частотой колебаний соотношением: λ=с/ν, где с – скорость света. В оптическом диапазоне λ - более удобный параметр лазерного излучения, чем частота. Единица измерения в системе СИ – метр (м). На практике чаще используются нанометр (1нм=10^{-9 м) или микрометр (1мкм=10-6 м).}

- фаза – величина, определяющая состояние колебательного процесса в определенный момент времени. Обычно выражается в угловых единицах.

Мощность излучения - количество энергии электромагнитного излучения в единицу времени. Единица измерения в СИ – ватт (Вт).

Плотность мощности – мощность излучения, приходящаяся на единицу поверхности. Единица измерения в СИ – Ватт/м² (Вт/м²).

Доза – энергия, полученная объектом за время воздействия. Единица измерения в СИ – Джоуль (Дж). 1 Дж равен 1 Вт мощности за 1 секунду воздействия.

Плотность дозы – энергия, полученная объектом за время воздействия, приходящаяся на единицу площади поверхности. Единица измерения в СИ – Джоуль/м² (Дж/м²) В лазерной терапии более удобным является использование единицы Дж/см², так как площади воздействия чаще всего исчисляются несколькими квадратными сантиметрами.

В литературе приводятся формулы и таблицы для расчета дозы воздействия, однако более удобным и перспективным является применение лазерных терапевтических аппаратов, в которых доза во время процедуры подсчитывается автоматически, как это реализовано в АЛТ «Мустанг 2000+».

 

Режимы излучения. В лазерной терапии и косметологии применяется три основных режима излучения, определяемых спецификой работы лазеров:

Непрерывный – при котором мощность неизменна в течение всего времени воздействия. В этом режиме средняя мощность излучения оказывается равной максимальной. В лазерной терапии мощность непрерывного излучения не превышает сотен милливатт (мВт).

Модулированный - при котором мощность излучения изменяться во времени по некоторому, как правило, периодическому закону. В этом режиме средняя мощность излучения меньше максимальной. В лазерной терапии наиболее распространена модуляция сигналом прямоугольной формы при скважности, равной 2 (отношении периода к длительности импульса). Диапазон частот модуляции – от единиц до тысяч Гц.

Импульсный – при котором лазер периодически излучает в течение очень коротких промежутков времени достаточно мощные импульсы. Характерная мощность импульсных лазеров, применяемых в лазерной терапии, составляет единицы-десятки Вт. Диапазон частот следования импульсов излучения - от единиц до тысяч Гц. Длительность импульсов излучения находится в диапазоне 60-200 наносекунд (1нс=10^-9с). Поэтому средняя мощность излучения оказывается во много раз меньше максимальной.

Механизмы действия

Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) не повреждает клетки тканей, а запускает в зоне воздействия первичные фотобиологические и термодинамические процессы: происходит изменение физико-химических свойств клеточных мембран, возникновение локального микронагрева тканей, изменение концентрации ионов, в частности кальция, образование свободных форм биологически активных веществ. Вызываемые лазерным воздействием первичные физико-химические процессы запускают межклеточные и нейрогуморальные механизмы регуляции физиологических функций и дают разнообразный спектр вторичных биохимических и физиологических реакций во всём организме. В результате повышается проницаемость сосудов, микроциркуляция крови и лимфы, активизируется метаболизм клеток и повышается их функциональная активность.

Лазерофорез является одним из наиболее эффективных способов введения лекарственных и биологически активных веществ через кожу и был предложен Миненковым А.А еще в 80-х г. прошлого века [4]. Метод успешно применяется в медицине на протяжении многих лет и лежит в основе лазерной биоревитализации (лазерофореза гиалуроновой кислоты). Молекула природной гиалуроновой кислоты может содержать до 25 000 дисахаридных звеньев, и имеет массу до 20 000 килодальтон (кДа). Например, средняя молекулярная масса ГК, содержащейся в синовиальной жидкости у человека, составляет 3 140 кДа [10]. Т.к. молекулы такой величины практически не поддаются транспортировке через кожный покров, для лазерной биоревитализации используется специальным образом подготовленная низкомолекулярная гиалуроновая кислота, молекулы которой состоят из не столь длинных цепочек дисахаридных звеньев. Для процедур с применением АЛТ «Мустанг-2000» используется гель-концентрат с низкомолекулярной ГК, разработанный специально для применения в аппаратной косметологии.