Основні типи лазерів

Лазери, які колись здавалися плодом наукової фантастики, сьогодні міцно увійшли в наше життя, в тому числі й у медицину. Область застосування лазерного випромінювання в медичній практиці досить широка. Унікальні властивості лазера дозволили створити безліч інноваційних методів діагностики та лікування.

Властивості лазерного випромінювання.

Монохроматичність. Це означає, що випромінювання, що виходить з лазерної установки, має фіксовану довжину хвилі, наприклад, 905 нм (λ = 0, 95 мікрона).

Когерентність – це збіг (синхронність) фаз електромагнітних коливань випромінювання в часі та  просторі.

Фіксована поляризація - фіксована орієнтація векторів електромагнітного випромінювання в просторі щодо напрямку його поширення.

Крім того, лазерний промінь характеризується вузькою спрямованістю, тобто це дуже тонкий, концентрований пучок.

Усі лазери базуються на явищі вимушеного випромінювання: посилення та удосконалення емісії світла при стимульованому переході електронів між енергетичними рівнями в лазерному матеріалі. Енергія для збудження подається за рахунок накачки зовнішнім джерелом (лампами, діодами тощо).

Усі лазерні установки, що використовуються в медичних цілях, класифікуються за рядом параметрів.

Параметри поділяються на основні (довжина хвилі (λ), вихідна потужність, режим генерації) та ті, що регулюють дозування (тривалість впливу, щільність енергії, частоту, щільність потоку потужності, а для імпульсних лазерів – імпульсну потужність). Від зміни цих характеристик залежить конкретний кінцевий ефект.

Довжина хвилі (λ) важлива через те, що визначає глибину проникнення в тканини організму. Визначені усереднені показники глибини проникнення лазерного випромінювання в тканини, на основі яких складені рекомендації для застосування в клінічній практиці.

Вважається, що лазерне випромінювання λ = 0, 63 мкм проникає в тканини на 1 см (від 0, 5 до 2 см), з λ = 0, 89 мкм – на глибину до 3–4 см, з λ = 0, 96 мкм – на глибину до 5–7 см. На сьогодні у фізіотерапії найчастіше застосовуються апарати з «червоним» лазером (λ = 0, 63 мкм) та інфрачервоними (λ = 0, 89 мкм, λ = 0, 95 мкм, λ = 1, 02 мкм та ін.).

Вихідна потужність лазерного випромінювання – параметр, від якого залежить результат впливу на тканини (ефект може спостерігатися в діапазоні від посилення клітинного метаболізму до хірургічного руйнування тканин). У лазерній хірургії використовуються лазери, потужність яких варіюється в діапазоні від кількох десятків до тисяч ват.

Режим генерації випромінювання лазером – імпульсний, безперервний, модульований – впливає на спосіб впливу на тканини. Робота лазера в безперервному режимі означає, що в будь-який момент часу кількість енергії, що видається ним, однакова. В імпульсному режимі відбувається генерація випромінювання у вигляді імпульсів з певною частотою в Гц за одиницю часу. Імпульсні лазери переважно працюють в інфрачервоному діапазоні (λ = 0, 89 мкм, λ = 0, 95 мкм та ін.).

Винахід чирпованих лазерів став справжнім проривом у галузі лазерної технології, набув широкого застосування в медицині. Підсилення чирпованих імпульсів було вперше запропоновано в 1985 році Жераром Муру та Донною Стрикланд. 2 жовтня 2018 року вони отримали за цю технологію Нобелівську премію з фізики. Короткий слабкий лазерний імпульс з генератора надходить у розтягувач, де його довжина зростає в тисячі разів, а частота випромінювання плавно змінюється по довжині імпульсу (так званий чирпований імпульс). Потім імпульс проходить через підсилювач, який збільшує його енергію на багато порядків. З підсилювача імпульс потрапляє в компресор, де його тривалість зменшується до початкового значення. Чирповані лазери (СРА-лазер), дозволяють досягати ще вищої точності, потужності та ефективності в різних медичних процедурах. Їх застосовують для точного видалення пухлин, мінімізуючи пошкодження навколишніх тканин, в хірургії головного мозку.

Сиромятніков Михайло, 10Бм