Лазерные методы диагностики

Здравоохранение материалы / Применение лазеров в биологии и медицине / Лазерные методы диагностики

В настоящее время лазерное излучение с большим или меньшим успехом применяется в различных областях науки. Уникальные свойства излучения лазеров, такие, как монохроматичность, когерентность, малая расходимость и возможность при фокусировке получать очень высокую плотность мощности на облучаемой поверхности обеспечили широкое применение лазеров. Использование квантовой электроники оказалось, в частности, очень полезным для клинической медицины. В медицинских целях используются, в основном, твердотельные и газовые лазеры. Импульсные твердотельные лазеры применяют преимущественно в офтальмологии для операций по  устранению отслоения сетчатки глаза и при лечении глаукомы. Для этих целей была разработана специальная аппаратура с использованием неодимовых и рубиновых лазеров. Для операций с рассечением тканей импульсные лазеры оказались непригодны, поэтому для этих целей применяют лазеры непрерывного действия. В Советском Союзе была создана хирургическая аппаратура на СО2 лазерах. Такие хирургические установки применяют в общей хирургии, онкологии и других областях.

Установками на основе аргоновых лазеров непрерывного действия с использованием специальных световодов пользуются медики при внутриполостных операциях.

В терапии разных болезней широко применяются газовые гелий-неоновые лазеры. Например, положительные результаты получены при лечении трофических язв, ран, воспалительных процессов, некоторых сосудистых заболеваний и в кардиологии. Не вызывает сомнения стимулирующее действие излучения гелий-неоновых лазеров при регенерации и улучшении обменных процессов.

Основными преимуществами, стимулирующими применение лазеров в медицине, являются радикальность лечения,  снижение сроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшение условий стерильности и т. д.

Оптические квантовые генераторы

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

Лазер состоит из трех принципиально важных узлов: излучателя, системы накачки и источника питания, работа которых  обеспечивается с помощью специальных  вспомогательных  устройств. Упрощенная конструктивная схема гелий-неонового лазера показана  на  рисунке ниже.

Излучатель предназначен для преобразования  энергии  накачки (перевода гелий-неоновой смеси 3 в активное состояние)  в  лазерное излучение и содержит оптический резонатор, представляющий  собой в  общем  случае  систему  тщательно  изготовленных  отражающих, преломляющих и  фокусирующих  элементов, во  внутреннем  пространстве которого возбуждается и поддерживается определенный  тип электромагнитных колебаний оптического диапазона. Оптический резонатор должен иметь минимальные потери в  рабочей  части  спектра, высокую точность изготовления узлов и их взаимной установки. В лазере, показанном на рисунке, оптический резонатор выполнен  в  виде двух параллельных зеркал 1 и 5,расположенных вне  активной  части среды 3,которая отделена от окружающей среды колбой  6  разрядной трубки и двумя окнами 2,4 с  плоскопараллельными  границами, образующими с осью излучения угол  Брюстера. Внешние  зеркала  1  и  5 обеспечивают многократное прохождение  излучения  через  активную среду с нарастанием мощности потока лазерного излучения. Для выхода излучения одно из зеркал (5) делается с отверстием или полупрозрачным.

Система накачки предназначена для преобразования энергии источника электрического питания 8 в энергию ионизированной  активной среды 3 лазера. Накачка осуществляется электрическим разрядом, для чего в нем устанавливаются два электрода - катод 7 и анод  9, между которыми подается напряжение от источника питания. Атомы гелия возбуждаются при соударениях с быстрыми электронами и, сталкиваясь с атомами неона, передают им свою энергию. В некоторых  типах лазеров применяют фокусирующие магниты или обмотки и  специальные отводные трубки для циркуляции активной среды.