Реферат: Удаление татуировок излучением лазера - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Удаление татуировок излучением лазера

Банк рефератов / Медицина и здоровье

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 928 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы



Санкт-Петербургский информационных технологий,

механики и оптики технический университет




Кафедра лазерных технологий

и экологического приборостроения








Курсовая работа:

Удаление татуировок излучением лазера
















Студент Новиков Борис Юрьевич

ИФФ, группа 424


Научный руководитель

Костюк Галина Кирилловна






2003 год

Содержание


Аннотация • 3

Введение • 4

Оптические свойства ткани • 5

Термические свойства ткани • 7

Теплоёмкость • 7

Накопление тепла • 8

Отвод тепла кровотоком и другие механизмы • 9

Биологическое действие лазерного излучения • 11

Особенности татуированной кожи у человека • 16

Морфологические изменения кожи человека после облучения её лазером с целью удаления татуировки • 18

Морфологические изменения кожи при удалении экспериментальных татуировок у животных коагуляцией облучаемой ткани лазером и методом диатермокоагуляции • 19

Использование лазеров в медицине в целом и в дерматологии в частности • 21

Лазер на алюмо-итриевом гранате с неодимом • 24

Лазер на углекислом газе • 28

Нелазерные методы удаления татуировок • 31

Практически применяемые способы удаления татуировок лазером • 33

Лазерная вапоризационная эксфолиация • 33

Селективный фототермолиз • 35

Коагуляция • 36

Выбор способа и лазера для удаления татуировки • 37

Оптический расчёт • 38

Энергетический расчёт • 40

Итоговые выводы и рекомендации • 41


Использованные материалы • 42


Аннотация


В данной работе была предпринята попытка собрать воедино разнородную информацию из областей науки, прикладной медицины и техники о лазерном выведении татуировок и создать на её основе некоторые указания, позволяющие на деле применить один из множества способов лечения татуировок лазером. Этот скромный труд можно использовать и как источник теоретических знаний о свойствах биологических тканей, о лазерном воздействии на них, о некоторых лазерах и способах для удаления татуировок, и как, отчасти, руководство к практическому употреблению этих знаний.

После упоминания о вехах становления лазерной техники и эффективности удаления татуировок излучением лазера, приведено подробное описание оптических и термических свойств ткани, при этом учитывалось строение ткани и уделялось внимание способам расчёта энергетических параметров излучения лазера и характеристик самого образца. В главе, посвящённой биологическому действию лазерного излучения, в общем виде упомянуты всевозможные результаты воздействия лазерного луча на ткань живого организма: от инициации фотохимических и биохимических реакций маломощным лазером до поражения ткани и возникновения областей повышенного давления. Сочтено нужным рассмотрение татуированной кожи человека. Далее приведены данные о морфологических изменениях кожи у человека и у животных после облучения её лазером с целью удаления татуировки способом коагуляции. Для животных шло сравнение морфологических изменений кожи при применении методов удаления экспериментальных татуировок коагуляцией облучаемой ткани лазером и диатермокоагуляцией. При рассказе об областях и способах использовании лазеров в медицине в целом и в дерматологии в частности, внимание концентрировалось на лазерах, применяемых для удаления татуировок. Из них для подробного описания были выбраны широко распространённые лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом и лазер на углекислом газе. После рассмотрения технических подробностей этих лазеров и особенностей их действия на ткань, перечисления нелазерных методов удаления татуировок, приведены, наконец, описания практически применяемых способов выведения татуировок излучением лазера. На основе многих источников рассказано о лазерной вапоризационной эксфолиации, селективном фототермолизе и коагуляции, причём различные данные не смешаны для вывода общей и средней информации, а приведены отдельно, что показывает нестрогость и отсутствие определённого плана действий при каждом способе лазерного лечения татуировок.

На основе имеющихся данных с помощью технической литературы произведены оптический и энергетический расчёты выбранного метода лазерной вапоризационной эксфолиации с использованием лазера на углекислом газе. В финале работы подобрана установка, могущая обеспечить рассчитанные параметры работы лазера и имеющая подходящие конструктивно-технические характеристики.

Введение


В 1917 г. Альберт Эйнштейн опубликовал свою статью «Zur Quantum Theorie der Strahlund» («Квантовая теория излучения»), в которой теоретически заключил, что помимо поглощения и спонтанного излучения энергии веществом может существовать индуцированное или вынужденное излучение. В этом процессе начальное электромагнитное излучение может быть усилено посредством атомного процесса. Теоретические аспекты квантовой электроники были разработаны в конце 50-х годов лауреатами Нобелевской премии советскими учёными Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым и их коллегами из США Ч. Таунсом и А. Шавловым. В 1954 г. краткая статья д-ра Чарльза Таунса, написанная вместе с двумя его студентами, анонсировала достижение вынужденной эмиссии излучения в микроволновом диапазоне спектра. Эта разработка стала известна как мазер (maser) от Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (микроволновой усилитель на основе стимулированной эмиссии излучения). Впоследствии, в 1958 г. д-р Таунс и д-р Артур Шалов опубликовали свою статью «Инфракрасный и оптический мазер», в которой обсудили достижение вынужденного излучения в микроволновой области спектра и разъяснили желательность и принципы распространения техники вынужденного излучения на ИК и оптический диапазоны спектра. По их теоретической работе в США в 1960 г. д-р Теодор Мейман (T. Maiman) сконструировал первую действующую лазерную установку, достигнув усиления света посредством вынужденного излучения или лазер-действия (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) с помощью синтетических рубиновых кристаллов. Первый импульс лазерной энергии, полученный на длине волны 0,69 мкм, длился только несколько сотен микросекунд, но положил начало взрывному развитию и применению этих приборов в разных областях науки и техники [9; 10, стр. 6].

Сегодня при помощи лазеров выполняется большое число технологических операций, причём по сравнению с обычными методами процессы обработки материалов значительно упрощаются и ускоряются. Лазеры незаменимы в научных и прикладных исследованиях. Уникальные свойства лазеров делают их ценным и эффективным инструментом.

В начале 60-х годов в СССР, США и некоторых других странах были проведены первые исследования по изучения взаимодействия лазерного излучения с биологическими объектами. Эксперименты показали, что лазерный луч благодаря монохроматичности и пространственной когерентности обладает высокой плотностью мощности, позволяющей избирательно воздействовать термическим компонентом на живые, в том числе опухолевые, ткани без существенного повреждения рядом расположенных тканей. Исследования выявили, что лучом лазера можно манипулировать с высокой точностью, оказывая воздействие на любые по размерам участки биологической ткани, на группы клеток, отдельные клетки, внутриклеточные структуры, например, на ядро клетки или её органеллы, на генный аппарат и др.[10, стр. 6].

Метод лазерного выведения татуировок был впервые экспериментально испробован на заре развития лазерной техники в 1960 году с использованием рубинового лазера, работающего в так называемом режиме свободной генерации. Однако первые результаты были безуспешными. Во многом это объяснялось отсутствием полного понимания процессов, происходящих в коже при воздействии лазера и неопределенностью в выборе оптимальных параметров лазерного света. В последующие почти 40 лет лазерная техника претерпела революционные изменения. За это время был получен огромный клинический материал, а лазерные методы стали наиболее продвинутыми, если не единственно приемлемыми с точки зрения получаемого косметического результата способами выведения татуировок [19].

Оптические свойства ткани


Физический механизм действия лазерного излучения на живую ткань включает в себя непосредственное действие температурного фактора, возникновение ударной волны в облучённых тканях, изменение электрического поля в коже, вторично возникающие физико-химические изменения в коже. Световая и тепловая энергия лазерного излучения переходит в химическую, электрическую и другие её формы. Путь механизма считается естественным.

При попадании лазерного луча на ткань может наблюдаться 3 процесса: отражение, поглощение и/или пропускание. Только незначительный процент излучения отражается непосредственно от поверхности. Проникающие в ткань лучи частично поглощаются, частично рассеиваются и частично пропускаются.


Рис.1. Оптические свойства слоя материи. Падающий лучевой поток Фо разделяется на три части: отражённая часть RФ, поглощённая часть АФ и пропущенная часть ТФ: RФ + АФ + ТФ = 1 [4, стр. 66].

Рис. 2. Оптические свойства лазерного луча на коже [4, стр. 66].



В зависимости от длины волны падающего излучения отражается до 60 % излучения. Рассеяние зависит от негомогенных структур ткани и определяется разными показателями преломления у разных ячеек и разницей между ячейками и окружающей их средой. Волны с длинной волны ? много большей, чем диаметр ячейки (? 10 мкм) рассеивается ячеистыми структурами лишь в незначительной степени. Но т.к. электромагнитный спектр широко используемых лазеров простирается от ИК (1 мм – 0,78 мкм) до УФ (0,38 – 0,1 мкм) диапазона длин волн, то мы практически всегда имеем дело с рассеиванием. Для ? > 1 мкм на основе закона Бугера-Ламберта-Бера можно рассчитать глубину проникновения излучения ?. Интенсивность I излучения, прошедшего через слой толщиной d определяется соотношением:

I = Ioe-?d,

где Iо – интенсивность при входе в вещество и ? – коэффициент поглощения. При применении монохроматического излучения длины волны ? для ? справедливо следующее отношение:

? = 4?nk/?,

причём показатели преломления n и поглощения k являются постоянными для данной среды. Закон Бугера-Ламберта-Бера справедлив в том случае, когда поглощение намного превышает рассеяние. Глубина проникновения излучения ? характеризует ту глубину, на которой излучение при проникновении в вещество уменьшается в е (? 2,71) раз и вычисляется по формуле:

? = 1/?.

Наилучшим образом соотношение поглощения и рассеивания описано в теории Кубелки-Мунка. Уравнение, описывающие распространение излучения в средах с учётом поглощения и рассеивания имеет вид:

dq(r,z)/dz = -? Lc(r,z),

где q – плотность мощности излучения [Вт/см2] коллимированного лазерного луча в месте r (вектор места) в направлении z, ? - коэффициент ослабления (сумма коэффициентов рассеяния [см -1] и поглощения [см -1]), Lc – падающая часть коллимированного лазерного луча.


Табл. 1. Взаимодействие некоторых лазеров с биологической тканью (считать воду эрзацем кожи) [4, стр. 68]:

?, нм

тип лазера

?, см -1

среднее проникновение, см

вода

кровь

вода

кровь

10 600

СО2

1000

1000

0,001

0,001

1 064

ИАГ:Nd

0,1

4

10

< 0.2

488/514

аргоновый

0,001

330

1000

0,003


Рассеяние на биологической ткани зависит от длины волны лазерного излучения. Излучение эксимерного лазера УФ диапазона (193, 248, 308 и 351 мкм), а также ИК излучение 2,9 мкм ИАГ:Er-лазера и 10,6 мкм СО2-лазера имеют глубину проникновения от 1 до 20 мкм. Здесь рассеяние играет подчинённую роль. Для света с ? = 450 – 590 нм, что соответствует линиям аргона, глубина проникновения составляет в среднем 0,5 – 2,5 мм. Как поглощение, так и рассеяние играет здесь значительную роль. Лазерный луч этой длины волны хоть и остаётся в ткани коллимированным в её центре, но он окружён зоной с высоким рассеянием. От 15 до 40 % падающего пучка света рассеивается. В области спектра между 590 и 1500 нм доминирует рассеяние. Глубина проникновения составляет от 2 до 8 мм. Качество коллимированности излучения утрачивается – формируется конус диффузного рассеяния [4, стр. 65 – 69].

В то время как в УФ диапазоне поглощение зависит от содержания белка, в ИК диапазоне существенное значение имеет содержание воды, главной составляющей всех тканей. Кроме того, гемопротеины, пигменты и другие макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты поглощают лазерное излучение с различной интенсивностью в зависимости от длины волны. Поглощение зависит полностью от того как свет данного лазера взаимодействует с хромофорами (светопоглощающими веществами), находящимися в коже. Ими являются вода, меланин, гемоглобин и оксигемоглобин, бетта-каротин и коллаген. Главнейшими факторами являются меланин и оксигемоглобин [9]. Меланин, важнейший эпидермальный хромофор, поглощает во всей видимой области спектра до УФ области. В диапазоне от 600 до 1200 нм излучение глубже проникает в ткань, с минимальными потерями на рассеяние и поглощение. Такие лазеры, как аргоновый лазер, лазеры на красителях, ИАГ:Nd-лазер с удвоением частоты, ИАГ:Nd-лазер, действуют преимущественно на гемоглобин, меланин и другие органические вещества, что является причиной коагуляционного эффекта[4, стр. 69]. Бетта-каротин и коллаген не влияют на выбор лазера для лечения кожи [9].

Количественными характеристиками процесса ослабления излучения являются пропускание Т и поглощение А, определяемые по формулам:

Т = Ф/Фо А = lg(Ф/Фо) = lg (1/Т) [4, стр. 69].


Термические свойства ткани


Плотность энергии источника тепла q [Вт/м3] в облучаемом объёме ткани является функцией коэффициента поглощения ? и общей плотности облучения L, которая состоит непосредственно из падающей части коллимированного лазерного луча Lc и из доли Ls, привходящей при рассеянии из окружающей ткани:

q(r,t) = ? [Lc(r,t) + Ls(r,t)],

где r – радиус-вектор точки наблюдения, t – время.

Превращённая в тепло энергия света вызывает в облучённом объёме локальное повышение температуры. Если не происходит фазовых переходов (преобразование твёрдых составных частей в жидкость или газ, испарение жидкостей), то Т увеличивается пропорционально плотности энергии. Часть тепла отводится в зависимости от температурного градиента путём теплопроводности в более холодный окружающий участок. Из-за этого ограничивается максимальная достижимая температура облучённого участка при данной интенсивности излучения, т.е с определённой интенсивностью излучения связана определённая максимальная температура. Напротив, для любой ткани существует специфический порог интенсивности, который необходимо перейти, чтобы достичь требуемой локальной температуры. Т.к. часть энергии из-за теплопроводности и других процессов транспортируется в соседние области, то нагревается не только облучённый объём, но и окружающие его участки. Также и локальным кровотоком in vivo тепло отводится от облучённой ткани. Рассмотрим процессы распределения энергии подробней [4, стр. 80 – 81].


Теплоёмкость


Тепло переходит от более тёплых к более холодным участкам ткани. Поток тепла dQ/dt прямо пропорционален температурному градиенту, т.е. в одномерном случае в идеальном однородном образце ткани длинны ? и поперечного сечения S тепловая энергия dQ за время dt переходит с места с высокой температурой Т1 к месту с более низкой температурой Т2 в соответствии со следующей формулой:

dQ/dt = c S (Т1 – Т2)/?.

Коэффициент пропорциональности с называется теплопроводностью [Вт/м К].


Табл. 2. Теплопроводность различных материалов в Вт/м К при нормальных условиях [4, стр. 81]:

материал

теплопроводность с

воздух

0,02

этанол

0,16

жировая ткань

? 0,3

ткань водосодержащая

? 0,5

вода

0,58

кровь

0,62

сталь

46,02

медь

418,00


Теплопроводность жидкостей и твёрдых тел практически не зависит от температуры. Она возрастает, например, у воды от 0,62 Вт/м К при 37о С только до 0,64 Вт/м К при 57о С. Что касается биоткани, то значения составляют 0,3 – 0,5 Вт/м К в зависимости от содержания воды. Справедлива приближенная формула:

c = (0,06 + 0,57w/?),

где ? – плотность ткани [кг/м3], w – содержание воды в ткани [кг/м3].

При превращении световой энергии в тепловую энергию ускоряется хаотическое движение атомов и молекул (броуновское движение). Передача энергии путём теплопроводности осуществляется в направлении более низкой температуры, причём более быстрые молекулы в более тёплой зоне передают кинетическую энергию посредством столкновений более медленным молекулам в более холодной зоне ткани. При этом они сами замедляются до тех пор, пока наконец не устанавливается равновесие [4, стр. 81 – 82].


Накопление тепла


Способность ткани принимать и накапливать тепло описывается через удельную теплоёмкость ? [кДж/кг К]. Эта величина численно равна количеству тепла Q, которое приводит к повышению температуры единицы массы тела на 1 К. Справедлива приближённая формула:

? = (1,55 + 2,8w/?).

Табл. 3: Удельная теплоёмкость некоторых материалов в кДж/кг К [4, стр. 83]:

материал

удельная теплоёмкость ?

медь

0,385

сталь

0,477

воздух

1,005

жировая ткань

1,93

этанол

2,43

кровь

3,22

вода

4,183


При температурах, которые приводят к фазовым переходам (плавление, испарение), тепловое движение усиливается так, что сил взаимного притяжения уже не достаёт для удержания атомов и молекул: твёрдые тела утрачивают внутреннюю упорядоченность в пользу свободного движения частиц жидкости; в газообразном агрегатном состоянии все частицы движутся с большой скоростью независимо друг от друга. Поскольку вся тепловая энергия используется для преодоления межмолекулярных сил, температура рассматриваемого объёма по достижении температуры фазового перехода остаётся постоянной даже при непрерывном поступлении тепла, пока не закончится смена фаз.

В качестве меры для количества тепла, проникшего в объём ткани за определённое время после мгновенного повышения температуры поверхности тела применяется коэффициент проникновения тепла b [Вт с-1/2/К м2], объединяющий теплопроводность и удельную теплоёмкость:

b = (c ? ?)-1/2.

Динамическая характеристика образца ткани ? также обобщённо выражается через отношение теплопроводности и удельной теплоёмкости на единицу объёма:

? = c/? ?.

Определённая таким образом температуропроводность одинакова для большинства тканей (около 1,2*10-7 м2/с), т.к. понижение теплопроводности из-за незначительного содержания воды, как правило, компенсируется сопровождающимся понижением удельной теплоёмкости.

Общая пространственная и временная характеристика температурного распределения в облучённом объёме ткани задаётся общим уравнением теплопроводности:

dT/dt = q/? ? + c T/? ?,

где = (d2/dx + d2/dy + d2/dz) – оператор Лапласа. Первое слагаемое описывает температурное изменение в рассматриваемом объёме, связанные с поглощением излучения. Второе слагаемое соответствует температурному изменению, связанному с оттоком тепла в окружающую среду. Аналитическое решение уравнения для конкретных случаев может быть очень сложным.

Для практического расчёта временной характеристики распространения локального нагревания как параметр подходит время термической релаксации ?:

? = (d2 ? ?)/с = d2/?.

Значение ? можно наглядно интерпретировать следующим образом: отрезок ткани в виде кубика с длинной кромки d, который на dT теплее своего окружения, по истечении времени t снова охладиться до (правда несколько повышенной) температуры окружающей среды, т.е. перепад температур выровнялся в пользу нагревания всей ткани. Если на поверхность ткани подаётся короткий импульс тепла, то проходит время ?, пока не наступит заметного нагревания на глубине d:

d = (? ?)1/2 [4, стр. 82 – 84].

Исходя из принципа термической релаксации производится определение количества времени необходимого для разрушения ткани мишени и сохранения окружающих тканей. В этом случае термическая релаксация определяется количеством времени необходимого для отвода из облучаемой ткани 50 % «пикового» количества тепла. Каждый микроскопический хромофор и каждый сосуд имеют своё специфическое время термической релаксации. Необходимо учитывать это время, поскольку иначе тепло будет расходиться в окружающих тканях, приводя к их повреждению и, возможно, образованию рубца [7, стр. 402].


Отвод тепла кровотоком и другие механизмы


Тепловая энергия облучённого участка отводиться не только путём теплопроводности, но и через сосудистую систему. Исходить можно из того, что кровь поступает в облучённый объём с нормальной артериальной температурой и сразу же нагревается до локальной температуры в капиллярной области. Кровь, текущая по венам, транспортирует тепловую энергию, накопленную соответственно удельной теплоёмкости составных частей крови.

Можно ли в конкретном случае пренебречь влиянием сосудов на температурное распределение, проще всего рассчитать, образуя обратное значение произведения величины кровотока ?В и плотности ? ткани. Полученное таким образом время перфузии tВ указывает, за какое время заменяется вся кровь в единице объёма ткани. Влияние, которым нельзя пренебрегать наблюдается тогда, когда время облучения порядка tВ или больше.


Табл. 4: Интенсивность кровотока в различных тканях и органах человека в мл/мин г [4, стр. 85]:

ткани или органы человека

интенсивность кровотока ?В

жировая ткань

0,012 – 0,015

мышца руки

0,02 – 0,07

кожа

0,15 – 0,5

мозг

0,46 – 1

почка

3,4

щитовидная железа

4


Перенос тепла кровотоком может стать доминирующим фактором при установлении стационарного температурного распределения, особенно при непрерывном облучении. Влияние кровотока на стационарное температурное распределение имеет значение только в том случае, если протяжённость облучённой области больше, чем глубина термического проникновения dth:

dth = (?/tВ)1/2.

Если же напротив облучённая область явно меньше dth, то перенос тепла определяется только коэффициентом теплопроводности.

Впрочем, тепло от облучаемого объема может быть отведено путём метаболических процессов, испарения воды с поверхности и конвекции. Эти процессы играют большую роль в первую очередь при непрерывном лазерном облучении, т.к. соответствующие характерные времена относительно невелики [4, стр. 84 – 85].

Биологическое действие лазерного излучения


Лазерное излучение является для любого живого организма непривычным искусственным раздражителем, не встречающимся в обычных условиях. Воздействие лазерного излучения на биологический материал или реакция живой ткани на это излучение обусловлено взаимодействием фотонов и молекул или соединений молекул ткани. Под биологическим действием лазерного излучения понимают совокупность структурных, функциональных и биохимических изменений, возникающих в живом организме в результате облучения монохроматическими лучами. Вызываемые лазером атомарные и молекулярные процессы и последующие биологические реакции выяснены ещё не полностью. Распад одних крупных молекул и синтез других, окисление тех или иных продуктов обмена и восстановление тканевых веществ, изменение скорости и появление новых реакций, нарушение привычной цепочки биопроцессов, сдвиги в кислотно-щелочном равновесии тканей и органов и многое другое составляет сущность биологического действия лазерного излучения. Изменения в биологическом материале могут быть от едва заметных до глубокого некроза с нарушением структуры и целостности тканей и органов.

Результаты воздействия лазерного излучения на живой организм определяются как физическими (отражательная и поглощательная способность, теплоёмкость, теплопроводность, теплота парообразования, микроскопическая структура, механическая плотность тканей, акустические и механические свойства) и биологическими (величина потенциала кожи, пигментация, степень васкуляризации – степень насыщенности ткани сосудами, толщина кератинового слоя эпидермиса, плотность облучаемого патологического очага) свойствами отдельных тканей организма, так и техническими характеристиками лазерного излучения (энергия в импульсе, режим работы, плотность мощности, длина волны, монохроматичность, когерентность, поляризация, время облучения). Имеет значение и состояние организма в момент облучения [8]. При низких плотностях мощности и продолжительном времени экспозиции в биологических тканях доминируют фотохимические процессы, более высокие плотности мощности и более короткое время экспозиции – термические процессы, воздействие плотностей мощности больше 10 Вт/см2 с ультракоротким временем экспозиции облучения (наносекунды и короче) – нелинейные эффекты [4, стр. 106]. Следует учитывать, что свойства тканей изменяются во время лазерного облучения и нагревания ткани.


Рис. 3. Изменение оптических, термических и механических свойств тканей во время лазерного облучения [4, стр. 93].


Для вызывания того или иного биологического эффекта учитывается сперва интенсивность излучения или плотность мощности q [Вт/см2], которая определяет способность коагулировать, испарять или рассекать ткани и вычисляется по формуле:

q = P/S,

где Р – плотность мощности [Вт,] q – сечение лазерного луча [см2].

Доза излучения (энергетическая или лучистая экспозиция), которая порой называется как полная удельная доза J [Дж/см2], выражает количество энергии, полученное единичной площадью в течении одного импульса. Она вычисляется по следующей формуле:

J = P T/S,

где Т – время экспозиции [сек].

Средняя энергетическая экспозиция Е [Дж/см2] отражает общее количество энергии, полученное всем участком кожи за всё время лечения. Её вычисление производится по формуле:

Е = Р N ?/S,

где N – число импульсов, ? – длительность импульса [сек] [9].

Цепь химических и биохимических процессов, возникающих в биологическом объекте под влиянием лазерного излучения, начинается с поглощения (абсорбции) световой энергии. Одновременно с абсорбцией света происходит ряд других физических процессов – отражение энергии излучения от поверхности между двумя средами (клетками, тканями), преломление излучения при прохождении границы раздела между двумя оптически разнородными средами, рассеивание излучения частицами ткани, люминесценция, поляризационные эффекты, в результате которых изменяется направленность электрического и магнитного полей и т.д. Значение каждого из этих процессов во взаимодействии лазерного луча с биологическими материалами весьма значительно и может меняться в зависимости от условий, но главным, определяющим процессом является всё же поглощение лазерного излучения. Действительно, в соответствии с общими принципами фотобиологии эффект действия света, в том числе лазерного излучения, должен проявиться только при наличии в клетках соответствующих молекул, способных поглотить свет с используемыми длинами волн.

Вследствие того, что биологическое действие лазерного излучения начинается только с поглощением кванта света, важнейшей характеристикой биологической системы является её спектр поглощения, обобщающий спектры поглощения молекул различных веществ входящих в эту систему. Вследствие такой избирательности в поглощении света, действие лазерного излучения на ту или иную биологическую систему также избирательно (направленно).

Можно и искусственно добиться направленного действия излучения на выбранные биологические структуры, повысив их чувствительность к лучу лазера. Это достигается с помощью красителей-сенсибилизаторов, которые селективно окрашивают различные внутриклеточные образования и даже молекулы и вместе с тем не являются токсичными для жизни клетки. Наиболее часто используются следующие красители: янус зелёный, крезил голубой, толуидин голубой, метиленовый голубой, акридин оранжевый, хинокрин гидрохлорид. Особый интерес представляют два последних красителя, способных избирательно окрашивать соответственно ДНК и ядрышки. Такое окрашивание резко повышает избирательность действия на биологические структуры лазерного излучения, интенсивно поглощаемого этим красителем. Механизм сенсибилизирующего красителя объясняется возбуждением его молекул на срок от 10-8 до 10-9 сек в результате облучения. После этого молекулы красителя, отдавая поглощённую энергию излучения соседним молекулам, переводят их в реакционно способную форму [8].

Отдельно стоит упомянуть о разрушении при помощи лазера окрашенных злокачественных тканей или микроорганизмов. О течении такого селективного процесса общепринятым является мнение, что в результате воздействия света краситель переходит в возбуждённое состояние. В присутствии кислорода в межклеточном пространстве, возбуждённый краситель передаёт свою энергию дикислороду, производя тем атомарный кислород. Этот процесс приводит к быстрому и полностью необратимому разрушению субклеточных компонент, что нарушает клеточный метаболизм и приводит к гибели клетки. В настоящее время чаще всего используется фотосенсобилизатор производная гематопофурина (HpD), который при активации превращается в эфир дегематопофурина (DНЕ) [9].

Наиболее важными механизмами биологического действия лазерного излучения на живую ткань являются специфические фотохимические и биохимические реакции, тепловой и ударный эффекты. Высокая монохроматичность излучения лазера открывает возможность направленного его действия с помощью соответствующим образом подобранной ? излучения на определённые, заранее выбранные биохимические реакции. На практике для целей направленного воздействия используются маломощные лазеры. Дело в том, что при повышении мощности лазерного излучения, вследствие изменения его спектрального состава при прохождении через живую ткань происходит настолько большое количество различных биохимических реакций, одновременно начавшихся и идущих параллельно, что, во-первых, создаёт большие трудности при изучении всех этих реакций по отдельности, и, во-вторых, эффекты от них часто совершенно противоположны в зависимости от мощности излучения. Например, облучая экспериментальные опухоли излучениями различной мощности может вызвать как замедление, так и ускорение опухолевого роста. При больших мощностях лазерного излучения начинают проявляться так называемые нелинейные оптические эффекты (фотоабляция, оптический пробой, плазма), которые могут усилить биологическое действие на биологическую ткань [8].

Основными факторами механизма терапевтического действия лазерного излучения являются:

1) физический – он включает в себя непосредственное действие температурного фактора, за счет чего происходит коагуляция патологических очагов; вторично возникающие физико-химические изменения в коже (повышение температуры, активация химических процессов метаболизма);

2) гуморальный – этот фактор заключается в неспецифическом действии лазерного излучения на активность ферментов как в очаге облучения кожи, так и в сыворотке крови, а также на повышение активности белкового обмена (в сыворотке крови после облучения наблюдается изменение в показателях гемограммы: увеличение белка, снижение холестерина, СОЭ, эозинофилов) и процессов репаративной регенерации кожи;

3) нейрорефлекторный – этот фактор проявляется в анальгезирующем и противозудном эффекте, изменении биоэлектрической активности коры головного мозга, изменении тонуса сосудов кожи и головного мозга, а также реакции внутренних органов (изменение функционального состояния печени) при облучении кожи.

Кроме того, при облучении открытых поверхностей (язвы, раны) наблюдается непосредственное влияние лазерных лучей на нервные окончания, а также раздражение их продуктами обмена в облучённом участке. Лазерные лучи также обладают противовоспалительным и противоалергенным действием. Это проявляется в увеличении количества бляшкообразующих клеток и трипановообразующих лимфоцитов, уменьшении межклеточного отёка, нормализации транскаппилярного обмена, что в целом значительно ослабляет воспалительную реакцию кожи [5].

При нагревании наиболее чувствительные к температуре компоненты клеток – ферменты – разрушаются первыми. В результате биохимические реакции, протекающие в клетках, полностью затормаживаются, и клетка гибнет. Поражение тканей вследствие облучения мощным лазером обычно сходно с тепловым ожогом, возникающим под влиянием токов высокой частоты (диатермокоагуляция). Имеются и отличия: строгая ограниченность участка повышения температуры при воздействии лазерного излучения и, как следствие, локализованность действия; пузыри, возникающие в результате лазерного излучения, расположены в поверхностных тканях, в то время как пузыри, появляющиеся при тепловых ожогах, находятся гораздо глубже; при лазерном ожоге имеет место избирательное повреждение пигментных структур и волосяных влагалищ, есть резко выраженные границы некротического процесса от окружающих неповреждённых тканей в отличии от общего выгорания и размытых границ ожога теплового; температура снижается после окончания лазерного воздействия медленнее, чем после теплового; после лазерного облучения наблюдается и более высокий темп регенерации. При не слишком больших мощностях лазерного излучения тепловой эффект тоже носит избирательный характер [8].


Табл. 5. Эффекты на биоткани при температурном воздействии [4, стр. 92]:

температура (о С)

эффект на биоткани

37

не имеется необратимых повреждений

40 – 45

активация ферментов, образование отёков, изменение мембран и, в зависимости от времени, смерть клеток

60

денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы

80

денатурация коллагена, дефекты мембраны

100

обезвоживание

> 150

обугливание

> 300

выпаривание, газообразование


Рис. 4. Влияние температуры и времени на необратимое изменение ткани [4, стр. 93].


Ударный эффект характеризуется повышением давления в биологических тканях, подвергнутых облучению. Это повышение давления затем распространяется в тканях в виде упругих волн. Возникающие при этом интенсивные колебания могут явиться причиной деформации и повреждения облучённых тканей. Повреждения, вызываемые упругой волной, могут быть удалены на значительное расстояние от точки непосредственного облучения. Возможно несколько механизмов возникновения ударного эффекта под влиянием излучения лазера: испарение и извержение частиц ткани с облучаемой поверхности приводит к возникновению давления отдачи; тепловое объёмное расширение вследствие очень быстрого повышения температуры; эффект электрострикции – деформация (растяжение) в электрическом поле волны; оптическое давление света в результате передачи импульса лазерного излучения облучаемой ткани в случае мощного источника.

Причиной повреждения биотканей могут явиться и ультразвуковые волны частотой 2*104 – 1013 Гц, образующиеся в результате дополнительных колебаний молекул вещества под действием лазерного излучения. Распространяясь в ткани, они могут вызвать возникновение в ней кавитации, представляющей собой процесс образования в толще внутриклеточной жидкости микроскопических полостей. Результирующее спадение (захлопывание) этих полостей может привести к очень значительному повышению давления и повреждению вследствие этого прилежащих структур.

Возникновение упругих волн и областей повышенного давления в замкнутом пространстве (у животных и человека это глаза, череп, грудная клетка, мочевой пузырь и т.п.) способно приводить к более глубоким повреждениям, чем в случае развития этих явлений в структурах без жёстких границ. Тепловое объёмное расширение тканей внутри замкнутого пространства, особенно с образованием пара, не имеющего выхода, может приводить к кратковременному, но чрезвычайно высокому увеличению давления.

Повторные облучения лазерным излучением приводят в ряде случаев к сенсибилизации кожи – повышению чувствительности к внешним факторам (температурным, радиационным и т.д.). Иногда лазерное излучение, воздействуя на кожные покровы, вызывает общую ответную реакцию в организме в виде изменений со стороны органов дыхания, пищеварения, сердечно-сосудистой и эндокринной систем [8].

Особенности татуированной кожи у человека


Кожа состоит из трёх слоёв: эпидермис, дерма, подкожная клетчатка. Эпидермис – наружный слой кожи, состоящий из кератиноцитов или эпидермальных клеток. Под эпидермисом располагается дерма, в состав которой входят коллаген и придатки кожи (волосяные фолликулы, сальные железы, апокринные и эккринные железы). В дерме также находится большое количество кровеносных и лимфатических сосудов и нервов. Под дермой располагается гиподерма, состоящая из жировой ткани, крупных кровеносных сосудов и нервов; кроме того, в гиподерме находятся основания волосяных фолликулов и потовые железы [7, стр. 10].


Рис. 5. Строение кожи человека [7, стр. 10].


При изучении татуированной кожи и региональных лимфатических узлов [Алборова В.К., 1980] у 30 трупов в возрасте от 25 до 50 лет, взятых при судебно-медицинском обследовании (материал забирался во время вскрытия от 1 до 2 суток после смерти) было установлено, что введённое при татуировке красящее вещество находится в коже в виде глыбок величиной в 10 – 20 мкм, располагающихся главным образом в дерме, а также в лимфатических узлах. При исследовании тушь находилась в коже в сетчатом и сосочковом слоях дермы между пучками коллагеновых и эластичных волокон, располагаясь как внутри макрофагов, так и внеклеточно. В некоторых препаратах тушь определялась также и в подкожно-жировой клетчатке. Значительное количество туши определялось в придатках кожи: волосяных фолликулах и протоках потовых желёз, а также в сосудах и околососудистой ткани. Реакция указанных тканей на введение туши выражалась в том, что коллагеновые волокна в местах расположения туши уплотнены и склеротизированы Придатки кожи были с явными признаками атрофии, эластичные волокна истончены и нередко определялись в виде обрывков. При расположении туши вокруг сосудов в виде муфт здесь отмечалось огрубение коллагеновых волокон. В лимфатических узлах тушь располагалась в виде малых и крупных скоплений, преимущественно по ходу лимфатических синусов, а также в лимфоидной ткани и меньше – в капсуле лимфатических узлов. Имело место разрастание соединительной ткани вокруг скоплений туши от едва заметных участков до обширных полей склероза [2]. Также известно, что скопления пигмента в татуировках весьма невелики: для татуировок, сделанных профессионалами, они меньше (~145 мкм), чем при любительских (~180 мкм). И вообще, профессиональные татуировки расположены в более близких к поверхности слоях кожи (даже в эпидермисе), чем любительские [7, стр. 409]. Однако, выше их всех лежат самодельные татуировки, сделанные при помощи угля и иглы [9].

Иногда татуировки цвета ржавчины от воздействия лазерного излучения с модуляцией добротности изменяют цвет на чёрный, что, вероятно, связано с переходом Fe2O3 в FeO [7, стр. 409].

При удалении татуировок рубиновым лазером (с использованием плотности мощности 2 – 4 Дж/см2) отмечено, что профессиональные татуировки с красным, жёлтым и зелёным пигментами обесцвечиваются, но требуют многократного повторения курса лечения. А при применении лазера на александрите татуировка сперва исчезает на 10 – 20 мин, затем вновь восстанавливается и в течении 4 – 6 недель постепенно бледнеет. Все эти явления связаны с разложением лазерным излучением красящего вещества и его рассасыванием [1].

В случае нанесения татуировок одной поверх другой возникает сложность их сведения. Проблема заключается в большей плотности краски при «двойной» татуировке, которая более интенсивно поглощает энергию лазера, оставляя на коже пациента рубцы и ожоги. Специалисты считают, что при удалении двойной татуировки, пациента следует предупреждать о возможных осложнениях, а врачу следует использовать меньшую интенсивность лазера, чем обычно [21].

Морфологические изменения кожи человека

после облучения её лазером с целью удаления татуировки


При морфологическом и гистохимическом изучении (при обследованиях структуры и химического состава ткани) кожи после действия импульсного лазера, применённого для удаления татуировок [Вишневский А.А. и др., 1973], использовался импульсный оптический квантовый генератор «Импульс – 1» медицинского назначения (ОКГ – 500) с длиной волны излучения 1060 нм на стекле с неодимом и плотностью мощности 80 – 120 Дж/см2 в импульсе. Через 30 минут после облучения окраска татуировки становится более интенсивной, а сам рисунок рельефно поднимается над поверхностью кожи, на которой появляется гиперемия (увеличение кровенаполнения в каком-либо участке периферической сосудистой системы: мелких артериях, капиллярах и венах [11]) и очень незначительный отёк. Микроскопически обнаруживается коагуляция эпителия, отслоение его от дермального слоя кожи, кровоизлияния в эпителиальном слое. Коллагеновые волокна под эпителием гомогенизированы, в этих участках ткани эластичные волокна разрушаются. Через сутки после облучения кожа вокруг татуировки умеренно отёчна. Участок татуировки как бы мумифицирован, окраска её становится более интенсивной. При микроскопическом исследовании обнаруживается, что очаговая гомогенизация коллагена становится ещё более отчётлива благодаря выраженной её базофилии. Участки ткани, содержащие частицы туши, оказываются на поверхности под эпидермисом. На 3 – 4 день после облучения татуированная поверхность покрыта плотной сухой коркой с отдельными небольшими участками некроза. Со стороны окружающей неокрашенной кожи отчётливо видна полоска регенерирующего эпителия наползающего на отторгающийся струп. Макроскопически под струпом выявляется язва, в дне которой близко к поверхности располагаются частицы туши. Воспалительная реакция выражена слабо, демаркационный вал почти совсем отсутствует, лишь на отдельных участках дермы заметны мелкие очаговые скопления лимфоцитов. На 6 – 7 день после облучения плотный струп, покрывающий рану, расплавляется и на его месте образуется некротизированная масса, которая или удаляется вместе с повязкой, или может быть свободно удалена кюреткой. Слой вновь образующегося эпителия становится более мощным. При микроскопическом исследовании в области язвы наблюдается воспалительная реакция. Единичные частицы туши сохраняются в глубоких слоях дермы. Через 10 – 14 дней после облучения хорошо видны краевая и островковая эпителизация раны. Гиперемии вокруг раны нет, края и дно её находятся на одном уровне. При микроскопическом исследовании раны обращает на себя внимание нарастание слоёв регенерирующего эпителия с краёв раны к центру. В воспалительном экссудате вокруг эпителиальных желёз формируются тонкие коллагеновые волокна. К концу 3 – 4 недели наблюдается полное заживление раны и образование нежного рубца, соответствующего по форме татуировке. Этот рубец через год после облучения становится совсем незаметным, рана полностью эпителизовалась. Эластичные волокна в новообразованной соединительной ткани полностью отсутствуют.

Особенностью заживления раны при действии лучей лазера является отсутствие выраженной воспалительной реакции, в частности т.н. демаркационного вала. Только в отдельных случаях по краям язвы выявляется типичное гнойничковое воспаление. Другой особенностью течения воспалительной реакции при облучении импульсным лазером являлось то, что воспаление протекало с преобладанием лимфоидно-гистоцитарных элементов. В отдельных наблюдениях воспалительный экссудат содержал почти исключительно лимфоциты. Наличие лимфоидно-гистиоцинтарной инфильтрации (инфильтрация – проникновение в ткани и накопление в них клеточных элементов, жидкостей и различных химических веществ) в области и окружности раны свидетельствует, по-видимому, об участии аутоиммунных процессов в реакции организма на воздействие лазера. Слабо выраженная воспалительная реакция не препятствует регенерации эпителия, который нарастает на соединительную ткань бедную клеточными элементами. В клетках регенерированного эпителиального пласта выявляется высокое содержание гликогена (животный крахмал), тогда как в клетках неповреждённого эпителия гликоген обычно не обнаруживается [6].

Морфологические изменения кожи после удаления экспериментальных татуировок

у животных коагуляцией облучаемой ткани лазером и методом диатермокоагуляции


В опыте по удалению экспериментальных татуировок [Алборова В.К., 1980] было использовано:

– 35 белых нелинейных крыс самцов одного возраста и веса, у которых экспериментальная татуировка удалялась с помощью импульсного неодимового лазера «ГОС-300» с плотностью энергии 25 – 150 Дж/ см2;

– 32 кролика белой масти породы «Шиншилла» также одного пола, возраста и веса, у которых татуировка удалялась с помощью «ГОС-300» с плотностью энергии 50 – 150 Дж/ см2.

После облучения каждый очаг тщательно осматривали и описывали. Наряду с визуальным наблюдением производили биопсию (взятие образца биологического материала для исследования) облучённой кожи через 1 час, 1, 3, 7, 14, 21 и 30 суток с последующим морфологическим исследованием.

– поросятам экспериментальная татуировка удалялась с помощью импульсного ИАГ:Nd-лазера «Пульсар-1000» с плотностью энергии 100 – 400 Дж/ см2 и методом диатермокоагуляции с помощью аппарата УФЛ-350.

Татуировка наносилась животным с помощью дощечки с набитыми иголками.

Морфологически реакция кожи на облучение у крыс и кроликов протекала однотипно: сразу после облучения на ограниченном участке возник отёк, в окружности которого появился венчик гиперимированной кожи. Сила воспалительных явлений была пропорциональна дозе облучения. Так, при дозе 25 – 50 Дж/см2 диаметр отёка кожи был 5 – 6 мм, а венчик гиперемии в 1 – 1,5 мм; при дозе 100 – 150 Дж/см2 диаметр отёка кожи был 7 – 8 мм, а венчик гиперемии в 2 мм. Через трое суток поверхность очага поражения покрывалась буровато-коричневой корочкой, которая самопроизвольно отпадала приблизительно к 21 – 28 дню, после чего на этом месте формировался гладкий рубец розового цвета, расположенный на уровне нормальной кожи. При малых дозах облучения 25 – 50 Дж/см2 в толще рубца ещё обнаруживались частицы туши, а при дозе в 100 – 150 Дж/см2 у крыс и кроликов частиц туши в рубце не было. При морфологическом исследовании облучённой кожи было установлено, что после облучения развивается очаг некроза, который имеет клиновидную форму, острие которой направлено внутрь дермы. Величина участка некроза находится в прямой зависимости от дозы облучения: чем больше доза, тем шире и глубже очаг поражения. Под влиянием лучей лазера в очаге некроза происходило измельчение частиц туши и отделение их вместе с очагом некроза с поверхности кожи. Некротизированные ткани на месте облучения в последующим ограничиваются лейкоцитарным валом. К третьему дню вокруг очага некроза возникают перифокальные изменения с образованием различной величины интрафильтров (скопление клеточных элементов в тканях и органах) из лейкоцитов и лимфоцитов. Несмотря на большое повреждение, регенеративный процесс идёт довольно быстро. Уже на третьи сутки отмечается регенерация эпидермиса и соединительной ткани. Регенерат эпидермиса подрастает под зону некроза, которая превращается в струп. Обращает внимание, что чем больше доза, тем образуется более мощный слой регенерата эпидермиса, достигающий 15 – 20 слоёв клеток, иногда с явлениями гиперкератоза. Разросшаяся в зоне некроза грануляционная ткань в течении 2 – 3 недель созревает, замещаясь рубцовой тканью. Через 3 – 4 недели на месте очага поражения в толще дермы выявляется лишь небольшие лимфоцитарные инфильтраты.

У поросят визуально то же, что у крыс и у кроликов. Гистологическое изучение биопсированной кожи показало, что при облучении животных дозами в 100 Дж/см2 происходит лишь частичное размельчение частиц туши. Очаг поражения проникал до сетчатого слоя дермы, поэтому глубоколежащие частицы туши не измельчались. При дозе в 200 Дж/см2 в связи с большой глубиной поражения кожи происходило размельчение частиц туши во всех слоях дермы. Размеры частиц туши, выявленные в толще дермы при экспериментальной татуировке, колебались от 40 до 20 мкм. Под действием ударной волны происходит размельчение крупных глыбок туши, распыление её так, что сразу после облучения в очаге поражения среди гомогенизированных волокон дермы определялись мелкие пылевидные частицы, размеры которых не превышали одного микрона. Очаг повреждения захватывал сетчатый и сосочковый слои дермы. В последующем основная масса частиц туши удалялась вместе со струпом, а остальные более мелкие частицы, находившиеся в более глубоких отделах, постепенно рассасывались, возможно по лимфатическим путям. Процесс заживления в очагах некроза протекал в сроки от 3 до 4 недель и не сопровождался какими-либо осложнениями. На месте татуировки формировался гладкий рубец, не содержащий частиц туши. При больших дозах (> 300 Дж/см2) повреждение более глубоких слоёв дермы сопровождалось повреждением подкожной клетчатки в связи с чем частицы туши как бы «проваливались» и определялись в глубже лежащих тканях. Как показали исследования биопсированной кожи животных в этих случаях большая часть туши удалялась путём рассасывания, возможно по лимфатическим путям. Клинически, на месте облучённых тканей формировался слегка вытянутый рубец без вкрапления частиц туши. Общее состояние животных не нарушалось даже при больших дозах облучения, когда одномоментно поросята получали суммарную дозу до 400 Дж/см2.

Макроскопически, воспалительная реакция после диатермокоагуляции была более сильно выражена, чем при удалении татуировки лучами лазера. При микроскопическом исследовании отмечалось глубокое повреждение дермы и придатков кожи. Некроз достигал подкожно-жировой клетчатки. регенераторные проявления со стороны неповреждённого эпидермиса были замедлены и проявились лишь на седьмые сутки, а окончательное формирование рубца происходило лишь к 30 дню.

В целом, проведённые экспериментальные исследования татуированной кожи у всех трёх видов животных (крыс, кроликов и молодых поросят) показали, что реакция на облучение лучами лазера протекает у них однотипно. После облучения развивается ограниченный отёк кожи с воспалительными явлениями в окружности, который в последующем некротизируется и заживает под струпом-коркой, а выраженность отёка и воспалительных явлений зависит от лазерного излучения. Морфологические исследования экспериментальных животных показали, что механизм действия лучей лазера на татуированную кожу сводиться к размельчению частиц туши вместе с некротическими массами [2].

Из опытов на животных при гистологическом исследовании после облучения неодимовым лазером [Ракчеев А.П., 1986] также известно, что к 10 – 14 дню в дерме появляется большое количество фибробластов, с периферии очага наблюдается разрастание сосудов, ориентируемых к центральной зоне воздействия луча. Замещение некротических масс грануляционной тканью и её эпителизация наступает к 21 – 30 дню наблюдения [5].


Использование лазеров в медицине в целом и в дерматологии в частности


Всего различают 5 видов воздействия на биологические ткани: испарение, иссечение, селективный фототермолиз (избирательное поглощение лазерной энергии на определённой длине волны, что приводит к избирательному разрушению мишени без нанесения ущерба окружающим тканям), фотодинамическая терапия (активация определённых химических веществ светом для вызывания биологической реакции в живом организме), сшивание тканей (обычно края раны должны быть заранее сжаты хирургическими зажимами или сшиты обычным способом) [9].

В медицине лазеры широко применяются на поверхности тела для удаления или коагуляции кожных новообразований и лечения изменений и аномалий развития внутрикожных сосудов, для воздействия на сосудистую систему с целью борьбы с заболеваниями поверхностных сосудов и различными подкожными и смешанными формами их патологий, в эндоскопии, в открытой хирургии для операций в полостях тела, на туловище, шее и конечностях. С помощью лазеров выполняются такие операции как препарация, резекция (удаление паталогических тканей), коагуляция (в том числе внутрисосудистая), испарение, инвазиевая (паразитарная) терапия, термотерапия, купирование сосудов, литорипсия (разрушение твёрдых образований) и др. Лазеры на практике используют многие медицинские дисциплины: хирургия, офтальмология, дерматология, стоматология, оторингология, гинекология, терапия [4, стр. 181 – 189]. Лазерный луч применяется вместо иглоукалывания, при этом процесс протекает стерильно и безболезненно при большой эффективности.

Проблемы лазерной терапии кожи можно разделить на 4 категории: лазерная терапия сосудистых повреждений, лазерная терапия пигментных повреждений и татуировок, лазерная терапия непигментных повреждений и лазеры в качестве хирургических инструментов. Терапевтическое действие лазерного излучения осуществляется в основном физико-химическими, гуморальными, нейрогуморальными и нейрорефлекторными путями [9].

Лазерная дерматология представляет собой быстроразвивающуюся область медицины. Исследования механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями привели к значительным достижениям в экспериментальной и клинической дерматологии. В течении последних 30 лет различные типы лазеров нашли практическое применение в этой области медицины [1]. В дерматологии используется плотность мощности q = 50 – 10 000 Вт/см2 в зависимости от показаний, типа лазера и выбранных параметров лечения. В клиниках и медицинских центрах, где занимаются лазерной дерматологией, за рубежом в основном используется аргоновый лазер, СО2-лазер и ИАГ:Nd-лазер, в России также широко применяется излучение второй гармоники ИАГ:Nd-лазера, Не-Nе лазера и диодных лазеров длинноволновой части видимого и ближнего ИК диапазонов [4, стр. 326].

Лазеры бывают импульсного (излучение длится от 1 нс до 300 мкс) и непрерывного (обычно имеет свойство нежелательного выделения тепла в месте воздействия, которое может привести к рубцовым изменениям и повреждению тканей, окружающих место воздействия) генерирования излучения [7, стр. 400].


Классификация типов лазеров, используемых в дерматологии [7, стр. 401]:

1) многоцелевые: СО2-лазер.

2) для лечения сосудистых образований: жёлтый криптоновый лазер; жёлтый лазер на парах меди; ИАГ:Nd-лазер; аргоновый лазер.

3) для лечения пигментных образований: импульсные лазеры с лампой вспышкой на красителях; зелёный лазер на парах меди; зелёный криптоновый лазер; ИАГ:Nd-лазер с удвоением частоты и модуляцией добротности.

4) для выведения татуировок: рубиновый лазер с модуляцией добротности; лазер на александрите с модуляцией добротности; ИАГ:Nd-лазер с модуляцией добротности.


Табл. 6. Использование лазеров различных типов в дерматологии и косметологии [1]:

тип лазера

длина волны, режим работы

область применения, доза облучения

Nd: ИАГ

532 нм, модуляция добротности

татуировки (6 Дж/см2), кавернозная гемангиома (500 Вт/см2), капиллярная гемангиома (15 Вт, 2 Дж при использовании автоматической сканирующей системы); кондилома широкая (25 Вт, полная доза 3572 Дж); меланома; карциома

Ar

488 – 514 нм

татуировки (4 Вт), киста слизистой рта (2 – 3,5 Вт), цервикальная капиллярная гемангиома (19 – 155 Дж/см2), капиллярная гемангиома (1,6 – 2,4 Вт, 15 - 24 Дж/см2, 3 – 4 Вт и 15 – 24 Дж/см2 при использовании автоматической сканирующей системы),локальные мальформации кожи; телеангэктазия (20 Дж/см2), пигментные невусы, дерматологическая хирургия (3 – 12 Дж/см2, 1 – 120 Дж/см2)

рубин

694 нм, модуляция добротности

татуировки (2 – 10 Дж/см2), пигментные невусы (4,5 – 7,5 Дж/см2), невус Беккера (4,5 – 7,5 Дж/см2), лентиго (4,5 – 7,5 Дж/см2)

александрит

720 – 760 нм

татуировки

на парах меди

578 нм

сосудистые поражения кожи, капиллярная гемангиома (2 – 6 Вт, экспозиция 200 – 300 мкс)

на красителе с накачкой лампой вспышки и аргоновым лазером

577 – 600 нм, импульсный

капиллярная гемангиома (6 – 10 Дж/см2), телеангэктазия (6 – 8,5 Дж/см2 и 10 – 30 Дж/см2), розовые угри, изъязвлённые гемангиомы

полупроводник

808 нм

гиперваскулярное повреждение кожи

светодиод

904 нм

опоясывающий лишай при невралгии

СО2

10600 нм, моноимпульсный, импульсный, непрерывный

татуировки (3 – 5 Вт), кавернозная ангиома, ангиодисплазия, пигментные невусы, лимфаангиома вульвы, эпителиома, трихоэпителиома, угревые дефекты кожи, капиллярная гемангиома (5 – 10 Вт, 50 – 140 Вт/см2), кожные дефекты после ожогов (3 – 6 Вт), папилломы, фибромы (60 Вт), плоская ксантома

сочетание Nd: ИАГ- и СО2-лазеров

1064 нм, 10600 нм

лоскоклеточная карцинома, бальзаноклеточная карцинома, лентиго, гемангиома, дерматофиброма, ксантома и др.


Лазер не применяется, если такой же успех можно достичь менее дорогим методом лечения. В клинической практике врач может воспользоваться лазером на углекислом газе, если его кабинет оборудован лазерной установкой т.к. пациенту не требуется дополнительных расходов на оплату столь дорого стоящей процедуры. Лазер позволяет достигать лучших результатов, но за значительно большую плату [7, стр. 411].

По мере роста доверия к лазерной дерматологии растёт число фирм, занятых в этой области. Ведущими фирмами США по разработке лазерных установок являются «Candela Laser Co.» и «Lihtan Techn. Inc.». Известна автоматизированная лазерная система «Hexascan» для дерматологии фирмы «Lihtan Techn. Inc.». Фирма «Candela Laser Co.» специализируется по выпуску импульсных лазеров на красителях с ламповой накачкой и лазеров на парах металлов для удаления доброкачественных опухолей, родимых пятен и лечения других поражений кожи. Американские специалисты отмечают, что в ближайшие годы следует ожидать значительного увеличения объёма выпуска данных лазеров для косметической дерматологии.

Дальнейшие перспективы развития систем связаны со снижением габаритов установок, с уменьшением длительности импульса излучения, а также с сочетанием различных типов лазеров [1].

Из всего многообразия лазеров в последующем мы рассмотрим различные по активной среде, генерируемой длине волны и действию биологическую ткань, но оба широко применяемые как в дерматологии, так и вообще в народном хозяйстве лазеры: лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом и лазер на углекислом газе.


Табл. 7.Технические характеристики ИАГ:Nd-лазера и СО2-лазера [14, 15]:

тип

лазера

технические характеристики лазеров

?, нм

?, сек

?см, сек

F, Гц

Р, Вт

Ри, Вт

Wи, Дж

Nd:ИАГ

1064

10-7 – 10-8

40*10-12

1 – 5*104

100

30-50

0,01 – 1

СО2

10600

0,3 – 30*10-8

10-9

1 – 103

1000

500

0,1 – 5

Здесь: ? – длина волны; ? – длительность импульса в обычных условиях; ?см – длительность импульса в условиях синхронизации мод; F – частота следования импульсов; Р – средняя мощность излучения в непрерывном режиме; Ри – средняя мощность излучения в импульсном режиме; Wи – энергия в импульсе.


Лазер на алюмо-итриевом гранате с неодимом


Лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом (ИАГ:Nd-лазер, АИГ:Nd-лазер, Nd:ИАГ-лазер, неодимовый:ИАГ-лазер) является на сегодняшний день наиболее широко используемым твёрдотельным лазером. Он имеет очень широкий спектр применения, например, в обработке материалов (резка, сверление, сварка и т.д.), в медицине (фотокоагуляция), в измерительной технике (лазерные локаторы), в науке (лазеры с модулированной добротностью). Популярность этого типа лазеров обусловлена удачным сочетанием механических, физических, спектрально-люминесцентных свойств активной среды, позволяющим реализовывать практически все известные режимы генерации с хорошими выходными характеристиками излучения. Существенными преимуществами ИАГ:Nd-лазера являются простота и компактность конструкции и высокая средняя мощность излучения. ИАГ:Nd-лазеры работают и в импульсном, и в непрерывном режиме. КПД (отношение световой мощности к потребляемой электрической мощности) таких лазеров 1 – 3% как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В непрерывном многомодовом режиме выходная мощность достигает 200 Вт, в импульсных лазерах с большой скоростью повторения импульсов (50 Гц) средняя выходная мощность порядка 500 Вт, в режиме модуляции добротности максимальная выходная мощность до 500 МВт [14, стр. 335 – 340; 15, стр. 150 – 154, 305 – 311; 16].

Генерация осуществляется на переходах ионов неодима (Nd3+), которые вводятся в различные кристаллы основного материала, замещая ионы иттрия (Y3+). Хотя используются и фосфатное или силикатное стекло, легированное ионами Nd3+, и такие кристаллические материалы, как YALO (YAlO3), YLF (YLiF4) и GSGG (Gd3Sc2Ga3O12), обычно используется алюмо-иттриевый (иттрий-алюминиевый) гранат (Y3Al5O12) – YAG (АИГ или ИАГ). Чистый ИАГ является бесцветным кристаллом, свойства которого хорошо изучены. Его структура относится к пространственной группе с общей кубической симметрией кристаллографической решётки. Постоянная решётки при комнатной температуре равна 12,008 ?. По своим оптическим свойствам кристалл ИАГ является изотропным, т.е. его показатель преломления (1,81633) не зависит от поляризации и направления распространения света. До температуры плавления (1930±20о С) кристалл сохраняет свою кристаллическую структуру, что обеспечивает его большую механическую стабильность. ИАГ прозрачен в диапазоне 24 – 600 нм, имеет твёрдость около 8,5 по шкале Мооса и относительно высокую теплопроводность (выше, чем другие кристаллы материала с Nd3+).

Основные свойства кристалла граната с неодимом оказываются близкими к свойствам чистого кристалла, за исключением спектральных свойств, где вклад ионов Nd существенен из-за сильного различия спектров поглощения и люминесценции ионов Nd от таковых для остальных ионов кристаллической решётки. Наиболее интенсивная люминесценция соответствует длине волны 1,06 мкм (основная длина волны, на которой происходит генерация). Кристалл может быть выращен с адекватными размерами. Изготавливаемые кристаллы имеют длину до 150 мм. В лазерах стержни кристалла имеют типичный диаметр 3 – 7 мм и длину 9 – 150 мм. Ионы Nd3+ вводятся в ИАГ-кристаллы в концентрации до 1,5 объёмных процентов. Более высокое содержание легирующей смеси трудно обеспечить из-за различных объёмов ионов Nd3+ и Y3+ (радиус иона Nd3+ приблизительно на 14% превышает радиус иона Y3+). Этот уровень легирования придаёт кристаллу ИАГ бледно-пурпуровую окраску, поскольку линии поглощения Nd3+ лежат в красной области.

Высокая твёрдость кристалла ИАГ позволяет достигать в процессе полировки рабочих поверхностей кристалла предельно высокого класса чистоты поверхности и сохранять этот класс в процессе эксплуатации, т.к. царапающие кристалл инородные частицы имеют обычно меньшую твёрдость. Поскольку коэффициент преломления кристалла граната достаточно высок (1,81633), то френелевское отражение от его рабочих поверхностей оказывается достаточно большим – 8,4 % от одной поверхности. Для предотвращения отрицательного влияния этого отражения рабочие поверхности активных элементов покрываются просветляющим покрытием, снижая коэффициент отражения от одной поверхности до 0,2 %.

ИАГ:Nd-лазер является лазером с четырьмя уровнями.


Рис. 6. Расположение энергетических уровней и лазерный переход ИАГ:Nd-лазера [4, стр. 31]


Сначала ионы Nd3+ находятся на основном уровне 1. Вследствие поглощения света ламп накачки они возбуждаются в состояние полос возбуждения 2. Вследствие быстрых безызлучательных переходов населяется верхний метастабильный (долгоживущий) уровень 3. Таким образом возникает инверсия населённости на переходе 3 ? 4, дающая возможность лазерной генерации на длине волны 1,064 мкм в БИК области спектра.

В ИАГ:Nd-лазере на нижние рабочие уровни заселены слабо и потому основная доля мощности накачки расходуется на преодоление потерь в резонаторе и полезное выходное излучение. Для получения генерации в лазере работающем по четырёхуровневой схеме достаточно перевести на уровень 3 лишь малую часть ионов Nd. Это отличает подобный вид лазеров от лазеров, работающих по трёхуровневой схеме. В последних нижним рабочим уровнем является основной уровень и для создания инверсной населённости требуется перевести на метастабильный уровень не менее половины ионов с основного уровня, а с учётом потерь в резонаторе и полезного излучения – более половины ионов. Поэтому в трёхуровневых лазерах (например, у лазера на рубине) мощность накачки расходуется менее производительно и КПД этих лазеров существенно ниже.

В данном случае накачка создаёт свет с частотой, равной частоте перехода между рабочими уровнями 2 и 3. Накачка для активного лазерного перехода может быть выполнена лампами дугового разряда с инертным газом (например, криптон или ксенон), поскольку их полосы испускания 0,5 – 0,9 мкм довольно хорошо совпадают с уровнями накачки. Альтернативой данному решению является накачка другими лазерами (например, диодными лазерами с длиной волны около 805 нм). Этим способом можно реализовать в диапазоне мощности 0,1 – 10 Вт с КПД более 15%.

Кристалл граната и импульсная лампа помещены в кварцевый блок с отверстиями вдоль продольной оси. Наружная поверхность кварцевого блока покрыта высоко отражающим покрытием из алюминия, он является эллиптическим отражателем.

кристалл ИАГ

отражающее покрытие

лампа накачки

Рис. 7. Компоновка основных элементов ИАГ:Nd-лазера


Именно такая конструкция отражателя способствует повышенной концентрации отражённого излучения в центре активного стержня.

В импульсных лазерах в качестве накачки применяются в основном ксеноновые газоразрядные лампы. Благодаря модуляции добротности достигается типичная энергия импульсов в несколько джоулей. Лампы-вспышки имеют ресурс более 107 импульсов. В лазерах с непрерывной накачкой также может быть модулирована добротность. При этом возможна более высокая частота повторения импульсов, до уровня МГц, в отличие от ИАГ:Nd-лазеров в импульсном режиме, у которых достижима частота повторения импульсов почти на три порядка ниже. Из-за незначительной эффективности мощность и энергия импульсов при непрерывной накачке значительно ниже. Приблизительно постоянную мощность получают до частоты повторения импульсов, которая примерно соответствует времени жизни верхнего лазерного уровня (для ИАГ:Nd 250 сек). В области высоких частот при увеличении частоты падает пропорциональное увеличение мощности т.к. между отдельными импульсами формируется недостаточная инверсия населённости.

В качестве модуляторов добротности при импульсной накачке часто используют электрооптические затворы (ячейки Поккельса), а при непрерывной накачке – акустооптические затворы с очень высоким пропусканием. ИАГ:Nd-лазеры с модуляцией добротности генерируют короткие импульсы длительностью 5-10 нс. С помощью синхронизации мод могут быть генерированы последовательности из очень коротких импульсов с длительностью много меньшей 1 нс.

Благодаря установке в резонатор спектрально-селективных элементов обеспечивается генерация ИАГ:Nd-лазера также на других длинах волн. Кроме того, с помощью нелинейных оптических кристаллов можно генерировать более высокие гармоники (основная гармоника – 1064 нм), т.е.: 2-ая гармоника – 532 нм (соответствует зелёной части спектра и наиболее часто используется); 3-я гармоника – 355 нм; 4-ая гармоника – 266 нм.

Стандартные ИАГ:Nd-лазеры с длиной волны 1064 нм излучают глубоко проникающее внутрь излучение, которое вызывает выраженное повреждение ткани. В воде поглощается лишь незначительная часть всего их излучения, поэтому их проникающая способность так высока, они могут коагулировать биоткань до глубины 5,5 мм и закрывать сосуды с диаметром до 5 мм посредством коагуляции и сморщивания. Эффективное рассечение обычными фокусировочными наконечниками наступает при мощности более 70 Вт и низкой скорости рассечения [4, стр. 30 – 33; 7, стр. 409 – 410; 14, стр. 335 – 340; 15, стр. 150 – 154; 16].

При сравнительном изучении степени поражения кожи [Ракчеев А.П., 1986] с различной пигментацией установлено, что при облучении светлой кожи лазерный луч ИАГ:Nd-лазера при энергии излучения 400 Дж/см2 проникает на глубину до 5 – 6 мм и зона некроза соответствует диаметру светового пучка лазерного излучения, а при облучении кожи с тёмным окрасом проникновение лазерного луча вглубь лежащие ткани меньше (3 – 4 мм), но зона поражения эпидермиса больше, чем при облучении светлой кожи (превышая диаметр светового пучка в 1,5 – 2 раза при диаметре пучка 8 мм, луч как бы распространяется по поверхности эпидермиса). Зона поражения кожи и подкожной клетчатки с обильно развитой сосудистой сетью в 2 раза обширнее, чем на участках со слабо сосудистой тканью. Например, при изучении степени поражения в грудной и крестцовой области животных, изменения больше выражены в коже грудной части туловища животного, что связано с повышением поглощения лазерной энергии, благодаря более обильному кровоснабжению данной зоны. Однако, все эти изменения быстро исчезали и некротические массы к 21 – 30 дню замещались молодой грануляционной тканью. Следовательно, при использовании ИАГ:Nd-лазера в экспериментальных и клинических целях необходимо учитывать мощность излучения Р, пигментацию и васкуляризацию облучаемого участка кожи [5].


Табл. 8. Изменения, возникающие в коже под действием ИАГ:Nd-лазера при различной плотности мощности q [5]:

q, Дж/см2

изменения в коже, выявленные при гистологическом и

гистохимическом обследованиях

видимые изменения в коже

10

минимальные изменения: в эпидермисе гиперкератоз, паракератоз, в дерме гиперемия

не наступает

20

в эпидермисе некроз

макроскопические признаки деструкции

50

некроз распространяется на всю толщину дермы, в подкожно-жировой клетчатке возникают петехиальные кровоизлияния (мельчайшие капиллярные кровоизлияния, проявляющиеся в виде синих точек на коже)

в зоне воздействия лазерного луча изменены придатки кожи

150

некроз возникает не только в фокусе действия луча, но и по периферии, занимая большую площадь, чем диаметр светового пучка

250 – 400

в подкожно-жировой клетчатке кровоизлияния в диаметре до 18 мм

некроз макроскопически виден во всей толще эпидермиса и дермы, вплоть до мышц


Излучение с длинной волны 1064 нм применяется для выведения в основном чёрных татуировок, а излучение с длинной волны 532 нм – красных [7, стр. 409].


Лазер на углекислом газе


Лазер на углекислом газе (СО2-лазер, углекислотный лазер) является одним из самых эффективных лазеров (КПД 15 – 25%), что является следствием очень высокого квантового выхода (? 40%) и очень высоко эффективного процесса накачки, который имеет место в СО2-лазере при оптимальной электронной температуре разряда. Лишь полупроводниковые и СО-лазеры имеют более высокий КПД. Высокая мощность излучения СО2-лазеров даёт возможности их широкого применения в различных областях промышленности, в частности для резки, сварки, пробивки отверстий и т.п., в науке в измерениях геометрических размеров, линейной скорости объекта и относительной дальности до него (на основе эффекта Доплера), в системах локации и связи (дальномеры), в лазерной локации атмосферы (т.к. излучение лазера на углекислом газе практически не поглощается самой атмосферой), в хирургии и микрохирургии, в качестве источника когерентного излучения сравнительно небольшой мощности в системах точных измерений передачи информации, тонкой технологии, для лазерного разделения изотопов, как источник оптической накачки лазеров ДИК-диапазона и т.д. В зависимости от конструкции можно получать выходную мощность от 1 Вт до 80 кВт[14, стр. 361 – 377; 15, стр. 174 – 178, 305 – 313].

В качестве лазерной среды для СО2-лазера применяется смесь гелия Не, азота N2 и углекислого газа СО2. Соотношение смеси составляет 4,5% СО2, 13,5% N2 и 82% Не. Газовая смесь лазера не является токсичной. В лазерном процессе непосредственно участвуют молекулы N2 и СО2. Гелий служит для повышения КПД лазерного процесса. Он, как газ с высоким потенциалом ионизации, повышает электронную температуру, а с другой стороны способствует распаду нижних уровней в результате неупругих соударений. Изготавливаются лазерные системы на СО2 с замкнутым (отпаянным) или открытым контуром лазерного газа. Газовая смесь при замкнутом контуре выкачивается из резонатора и снова подаётся в резонатор после охлаждения или регенерации, благодаря чему обеспечивается больший срок эксплуатации. Система охлаждения или регенерации лазерного газа требует дополнительного электропитания и места. При открытом контуре газовая смесь лазера на углекислом газе проходит из лазерного баллона в лазерный резонатор и непрерывно прокачивается вакуумным насосом. Этот вариант лазера на углекислом газе потребляет много газа, но его проще реализовать технически.

Лазерный переход происходит между двумя колебательными состояниями молекулы СО2. Точный процесс возбуждения можно изложить следующим образом. Накачка молекул СО2 на верхний лазерный уровень происходит в основном путём передачи энергии от возбуждённых молекул N2. Молекулы азота, в свою очередь, предварительно возбуждаются электрическим разрядом и являются вследствие их долгого нахождения в возбуждённом состоянии (0,1 сек, метастабильный уровень) хорошим накопителем энергии. Эта энергия эффективно передаётся от молекулы азота путём столкновений на верхний лазерный уровень молекулы СО2. Небольшая часть молекул СО2 может быть непосредственно накачана на верхний лазерный уровень соударением с электронами.

На верхнем лазерном уровне молекулы СО2 С- и О-атомы колеблются на одной линии ассиметрично друг другу. Наиболее сильные лазерные линии лазера на углекислом газе, 10,6 мкм и 9,6 мкм (ДИК), генерируются при переходе в другие колебательные состояния. При переходе с верхнего лазерного уровня (?3) в симметричное колебание С- и О-атомов на одной линии (?1) излучается фотон с длиной волны 10,6 мкм, которая имеет наибольшую интенсивность.

При переходе с верхнего лазерного уровня (?3) в симметричное изгибное колебание молекулы СО2 (?2) происходит эмиссия излучения с ? = 9,6 мкм, второй по интенсивности. Благодаря дополнительному примешиванию гелия или водорода в газ лазера, во-первых, быстрее опустошается нижний лазерный уровень, а во-вторых, увеличивается образование возбуждённых молекул азота. Технически достижимый КПД (отношение световой мощности к потребляемой электрической мощности) составляет около 30%.


Рис. 8. Упрощённая схема уровней СО2-лазера [4, стр. 43].


СО2-лазер, в зависимости от вида разряда, может работать в непрерывном или импульсном режиме (типичная продолжительность импульса 1 мкс). Обычные газовые СО2-лазеры возбуждаются либо разрядом постоянного тока (импульсно или непрерывно), либо током высокой частоты в МГц-диапазоне. Преимущества высокочастотного возбуждения по сравнению с возбуждением постоянным током следующие: примерно в 10 раз меньше напряжение; повышенная безопасность; более высокая модуляционная способность > 10 кГц; более высокое качество луча; отсутствие износа электрода и, следовательно, продолжительный срок службы лазерного газа. Недостатком же является более высокая покупная цена.

Для длин волн СО2-лазера 10,6 мкм и 9,6 мкм в ИК области спектра не применяются обычные оптические материалы – стекло и кварц, т.к. они имеют слишком большое поглощение в этом диапазоне длин волн. В качестве оптических материалов для таких лазеров используются германий, арсенид галлия, сульфат цинка, селенид цинка и многие щелочно-галоидные материалы. Но даже малейшее загрязнение линз приводит к их разрушению [4, стр. 42 – 45; 7, стр. 403 – 405; 14, стр. 361 – 377; 15, стр. 174 – 178].

Длина волны СО2-лазера равная 10600 нм почти полностью поглощается водой в слое малой толщины (менее 0,1 см), что очень быстро приводит температурам более 300о С. Поскольку кожа и ткань дефектов состоят преимущественно из воды, то вследствие непосредственного поглощения ими такого излучения происходит испарение этих дефектных структур. В зависимости от диаметра луча, мощности Р и управления световым стержнем СО2-лазер может использоваться для разрезания (обычно с фокусировкой) и для послойного испарения (без фокусировки), при котором могут образоваться карбонизационные остатки [4, стр. 45]. Это обугливание может экранировать ткани от дальнейшего лазерного воздействия и должно быть затем устранено механически, хотя это и вызовет дополнительное кровотечение. Иначе эти углеродные соединения при дальнейшем воздействии лазерного света могут нагреться до температуры более 2000о С, что может вызвать нежелательные эффекты в окружающих тканях [9]. То же, что при обугливании достигается и при обезвоживании ткани, т.к. сильно ослабляется теплопроводность и происходит накопление тепла. Коагуляционные свойства СО2-лазера незначительны, надёжно он может закрывать сосуды с диаметром только до 0,5 мм [4, стр. 45].

Излучение, испускаемое СО2-лазером, неразличимо глазом, поэтому при практическом его использовании применяется дополнительный гелий-неоновый лазер, создающий луч для наведения. В лазерном скальпеле фокусирующая оптика с большим фокусным расстоянием сводит вместе основной и дополнительный лучи. Лазерный скальпель, к которому излучение лазера подводится по световоду, имеет все степени подвижности и хирург оперирует им как обычным лазером. Преимущества лазерной хирургии состоят в том, что она является бесконтактной, практически бескровной (при условии наличия плотности мощности достаточной для коагуляции крови и прижигания сосудов), стерильной, локальной, даёт гладкое заживление рассечённой ткани, а отсюда хорошие косметические результаты. Недостатком лазерной хирургии является то, что практически трудно регулировать глубину реза. СО2-лазер работает при мощности в пределах от 1 до 30 Вт. Длительность импульсов – от 0,01 до 0,1 сек, однако он может работать и в непрерывном режиме [4, стр. 45].

СО2-лазер сжигает любую одежду или бумагу, с которой вступает в контакт, поэтому следует принять меры противопожарной безопасности. Очки с линзами из стекла или прозрачного пластика, надёжно предохранят глаза от действия генерируемой длины волны.

При использовании СО2-лазера необходимо обратить особое внимание на удаление дыма, образующегося в большом количестве во время процедуры, потому что он может содержать вирусы. Недавние исследования показали относительное увеличение частоты образования бородавок на слизистой носоглотки у хирургов, работающих с лазером на углекислом газе, которые, по-видимому, заразились при вдыхании производимого лазером дыма. Обязательными условиями работы с этим лазером являются ношение маски и применение специальных вакуумных очистителей воздуха [7, стр. 404].


Нелазерные методы удаления татуировок


1) Диатермокоагуляция – лечебный метод воздействия на живые ткани теплом, образующимся в них при прохождении тока высокой частоты – широко применяется в повседневной практике косметологии. Она основана на нагреве тканей до температуры, при которой происходит необратимое свёртывание белков. Основное условие успешной диатермокоагуляции – сухость поверхности воздействия. Диатермокоагуляцию никогда не следует доводить до обугливания ткани т.к. обугленная ткань прилипает к электроду и при отнятии его разрывается, что может вызвать кровотечение [11].

Недостатками этого метода являются: болезненность, длительность послеоперационного лечения, необходимость производить систематические перевязки, а также опасность осложнений в виде возникновения различной степени выраженности воспалительного процесса с осложнением гнойной инфекцией, а после заживления – образование в отдельных случаях гипертрофированных и келоидных рубцов [2]. Противопоказаниями при использовании диатермокоагуляции являются близость крупных сосудистых и нервных образований, кровотечение из сосудов большого диаметра. Необходимо учитывать взрывоопасность метода [11].

2) Криохирургия для удаления татуировок применяется в основном в медицинской практике. Кожу перед процедурой обрабатывают 70% спиртом. Аппликатор прикладывают к удаляемому элементу с экспозицией 10 – 30 сек., по необходимости с двух-, трёхкратным повторением. В первую минуту после замораживания появляется гиперемия, небольшой отёк, а через 6 – 24 часа образуется эпидермальный пузырь с серозным или гемморрагическим содержимым. На 3 – 7 день пузырь подсыхает и превращается в плотную коробочку, которая через 8 – 10 дней отторгается, оставляя розовое пятно (большие пузыри вскрывают и после обычной в таких случаях обработки накладывают повязку).

При воздействии жидкого азота отмечается лёгкое жжение, покалывание, боль, но чувствительность быстро теряется и субъективные ощущения обычно кратковременны. Локальное криохирургическое воздействие на живые ткани, как правило, безболезненно и не требует обезболивания, бескровно, может быть произведено без какого-либо повреждения здоровых клеток, окружающих очаг крионекроза. Криовоздействие позволяет полностью разрушить заданный объём ткани как на поверхности тела, так и в глубине любого органа. Очаги криодеструкции быстро заживают, не вызывая образования грубых рубцов, больших косметических дефектов [11].

3) Дермабразия наиболее прогрессивна и перспективна, но имеет очень ограниченное применение из-за недостатка аппаратуры [2]. При использовании этого метода кожа удаляется послойно до сосочкового слоя. Однако данный метод эффективен лишь при поверхностном залегании красящего вещества, а при глубоком сопровождается кровяной «росой» и требует повторного удаления частиц туши другими методами [11]. Имеет значение и возраст пациента. Пожилым людям, восстановительная способность клеток у которых понижена, за один сеанс можно удалить лишь небольшой участок татуировки. Стоимость процедуры – от $50 (в зависимости от объема работы) [20].

4) Удаление татуированной кожи хирургическим путём используется в основном при наличии узких, линейно расположенных татуировок в местах, где имеются запасы подвижной кожи с боков [2]. При удалении хирургическим путем контурной татуировки останется шрам, который полностью повторит ее рисунок [20].

5) Метод удаления татуировок скарификацией (хирургическая манипуляция, заключающаяся в ограниченном, как царапина, или более обширном, как ссадина, повреждении поверхностных слоёв кожи, одиночном или множественном) т.е. послойным соскабливанием кожи с помощью дерматома (инструмент, предназначенный для срезания с поверхности тела кожных лоскутов заданной формы и размеров) используется для удаления обширных татуировок [11]. Он применяется только хирургами высокой квалификации, требует специальной литературы и наличия операционной, а лечение раневой поверхности необходимо проводить в условиях стационара, поэтому его применение ограничено [2].

6) Аутодермопластика предусматривает вырезание небольшой татуировки и пересадки на освободившееся место кожи с другой части тела [20].

7) Химическая деструкция (химический пилинг) основана на использовании химических веществ, вызывающих коагуляцию белков кожи. Образовавшийся струп, отпадая, уносит с собой и пигмент татуировки. Недостатком применения этого метода является невозможность точного нанесения деструктурирующего вещества и, следовательно, трудоёмкость и повреждение близлежащих здоровых клеток [11].

8) Коллагеновые инъекции в последнее время получают все более широкое применение. Коллаген вводится в места рубцевания и заполняет подкожные впадины. Окружающие клетки легко принимают коллаген в свою «семью», сквозь него прорастают кровеносные сосуды, и он превращается в часть кожного покрова. Инъекции коллагена можно использовать только при неглубоких татуировках [20].

9) Иногда для удаления татуировки используется специальный гель, по миллиметрам закрашивающий старый рисунок [20].


Практически применяемые способы удаления татуировок лазером


Большинство существующих методов удаления татуировки сопровождается образованием рубца, который снижает косметический эффект, однако лазерный метод имеет ряд преимуществ перед всеми ними и всё более распространяется [1].


Табл. 9. Удаление татуировок с помощью различных типов лазеров [1]:

тип лазера

(длина волны, нм)

плотность мощности

(энергии) излучения

число

больных

положительный

эффект, %

СО2

(10600)

480 – 800 Вт/см2

62

100

ИАГ:Nd

с модуляцией добротности

(1064)

6 – 12 Дж/см2

5 (Л)

50

23 (П)

на александрите

с модуляцией добротности

(720 – 760)

60

100

рубиновый

с модуляцией добротности

(694)

2 – 4 Дж/см2

101 (Л)

60

62 (П)

6 – 10 Дж/см2

121 (Л)

47

161 (П)

12


Сейчас применяется в основном два лазерных способа удаления татуировок: лазерная вапоризационная эксфолиация и селективный фототермолиз [19]. Предпочтение отдаётся селективному фототермолизу, который может потребовать многократного повторения курсов лечения, прежде чем будет получен удовлетворительный результат, но не вызывает образование рубца. Кроме того, при использовании этого способа цвет и глубина залегания татуировки влияют на успех её устранения тем или иным лазером [7, стр. 409 – 411]. Способ же лазерной вапоризационной эксфолиации позволяет удалять любые профессиональные полихроматические, любительские и диффузионные (случайные, не специально созданные) татуировки [1]. В отечественной литературе встречается описание такого удаления татуировки лазером, когда применяется коагуляция облучаемой ткани (стоит упомянуть, что метод лазерной коагуляции поражений кожи считался в СССР высокоэффективным и экономичным [5]).


Лазерная вапоризационная эксфолиация


При удалении татуировок способом лазерной вапоризационной эксфолиации облучаемая ткань испаряется под действием лазера вместе с красящим веществом. Однако косметический результат может быть неприемлемым из-за высокой вероятности образования постоперационного рубца, особенно в случаях любительских «наколок».

При удалении татуировки в обрабатываемом ареале ткань с включениями частиц красящего вещества испаряется полностью за один сеанс. Выраженность повреждения татуировки зависит от энергии установки и времени воздействия лазера. С целью профилактики келоидов следует всегда обрабатывать только маленькие прямоугольные участки, лежащие в области рубцов натяжения, и ни в коем случае участки – большой площади. Однако невозможно предотвратить рубцевание и доля келоидов составляет 7,5 % допустимых пределов. Чем более терапевт склонен подчиниться желанию достичь быстрого успеха, тем больше риск нежелательных побочных действий: рубцевание, нарушение пигментации, образование келоидных рубцов. Особые преимущества предоставляет лазер, если татуировка локализована на тыльной стороне кисти, поскольку в этой области из-за тонкого подкожного слоя вряд ли можно произвести соскабливание кожного покрова.

Для вапоризационного удаления татуировок за рубежом применяются аргоновый лазер и СО2-лазер, предпочтение отдаётся последнему. При использовании вместе с ним операционного микроскопа удаётся удалить окрашенные кожные слои без повреждения подлежащих кожных слоёв. Для удаления небольших интраэпитальных структур (вроде татуировок) следует применять СО2-лазеры с длиной волны излучения 10,6 мкм в нижнем диапазоне мощности между 8 и 15 Вт с величиной фокусировки 0,5 – 0,8 мм в тактовом режиме с длинной такта приблизительно 0,05 сек и частотой 8 Гц. Если при единичном воздействии не достигается желаемая глубина среза, следует повторно пройти по этому месту, не превышая при этом верхнюю границу указанного диапазона мощности. Для объёмных интраэпитальных структур, таких как, в частности, глубокие татуировки, где требуется большая область среза параметры меняются следующим образом: мощность излучения 15 – 20 Вт, диаметр пятна в фокусе 0,8 – 1 мм, период следования импульсов 0,2 сек. Если при этих параметрах область среза оказалась недостаточной, то следует срезать слои ткани с помощью более коротких импульсов [4, стр. 326 – 329].

Для удаления контурных татуировок, как правило, облучают только места окрашенной кожной поверхности. Двух- или трёхкратной обработки лучом лазера достаточно для удаления даже глубоко лежащего пигмента. Заживление ран после такой операции завершается к 21 – 24 дню. При наличии штриховой татуировки осуществляют лазерную обработку всей её поверхности с аутодермопластикой свободным расщеплённым кожным лоскутом взятым дерматомом с бедра [10, стр. 180].

В отечественной литературе описано удаление татуировок с использованием СО2-лазера «Скальпель – 1» [Акберов Р.Г., Козлова Г.Л., 1990] с выходной мощностью 25 – 35 Вт. После обработки спиртом и 1% раствором йода операционное поле обкладывалось стерильными салфетками. Кожные покровы, непосредственно прилегавшие к татуировке, защищали салфетками смоченными в растворе фурацилина. Выполняли местную инфильтрационную анестезию по типу «лимонной корочки» 0,5% раствора новокаина. Сразу же приступали к выпариванию татуировки лучом лазера. В зависимости от плотности татуировки и глубины залегания туши приходилось плавно отдалять наконечник аппарата от поверхности туши или приближать его к ней в пределах 3 – 5 см, регулируя этим интенсивность теплового воздействия на объект. После испарения наблюдался незначительный отёк. На месте испарённой татуировки оставалась корочка коричневого цвета.

У одной группы больных струп сразу же обрабатывался 5% раствором марганцево-кислого калия КМnО4. однако, в дальнейшем рана под повязкой нагнаивалась, мокла и приходилось переходить на её обработку 3% раствором перекиси водорода Н2О2 с последующим наложением повязки с 10% синтомициновой эмульсией. Отпадение струпа наблюдалось через 2,5 недели. У другой группы больных в постоперационный период была использована сухая повязка, но и тогда стерильного струпа не образовывалось. В дальнейшем приходилось накладывать на рану повязку с 10% синтомициновой эмульсией. Инфицирование раневой поверхности возможно связано с тем, что удаление татуировок выполнялось амбулаторно, без выдачи больничного листа, в то время как все оперируемые имели рабочую специальность, т.е. находились в таких условиях, которые, видимо, не соответствовали санитарно-гигиеническим нормам. Это показало, что хотя удаление татуировки и возможно в амбулаторных условиях, но необходимо наблюдение и уход за раной.

В результате пост операционного лечения у всех 25 человек наблюдалась после отпадения струпа чистая гранулирующая поверхность. С целью защиты этой поверхности использовались повязки с солкосериловой мазью. У нескольких человек остались следы туши, т.к. они были в числе первых, когда у лечащего врача ещё не было опыта и проявлялась осторожность при регулировании лазерного луча. Через отдалённые периоды (2 – 4 мес.) у всех наблюдаемых была хорошая эпителизация поверхности.

При определённом навыке при лазерном выпаривании татуировок можно получить хороший косметический эффект. Необходимость ручной регулировки снижает эффективность отдалённого хорошего косметического результата. Перспективным в этом отношении, по-видимому, является использование зарубежного лазера «SHARPLAN – 1020» с автоматической регулировкой, достигаемой вмонтированным микропроцессором [3].


Селективный фототермолиз


Согласно теории селективного фототермолиза (селективная фотокавитация) лазерное излучение беспрепятственно проходит через ткань до того момента, пока не достигнет специфического хромофора, чей спектр поглощения коррелирует с соответствующей длиной волны, испускаемой лазером. При этом свет поглощается и в ткани мишени генерируется тепло. Процесс селективного фототермолиза определяется специфической поглотительной способностью хромофора мишени и длительностью импульса лазерного излучения [7, стр. 403].

Селективный фототермолиз (селективная фотокавитация) служит не для непосредственного удаления татуированной кожи, а для разложения самого красящего вещества. Скопления пигмента поглощают короткие импульсы мощного излучения лазера с модуляцией добротности, что ведёт к взаимодействию эксплозивного характера. При этом скопление пигмента рассыпается на мелкие частицы, которые в дальнейшем поглощаются окружающими макрофагами.

Исчезновение татуировки после лазерного воздействия происходит не сразу, а постепенно с уменьшением контраста вплоть до полного исчезновения. Процесс выведения может продолжаться от 3-х недель до 12 месяцев, в зависимости от типа и размера татуировки. После лазерного сеанса могут наблюдаться временные побочные эффекты: гиперпигментация (изменение цвета кожи, появление различных пятен), пурпура (своеобразный клинико-гематологический синдром, образующийся в результате выхода эритроцитов из сосудов в дерму и проявляющийся клинически кровоизлиянием в коже и других органах), текстуральные изменения, проходящие в течение 3-4 недель. Более того, удаление татуировки не гарантировано. Задача упрощается, если удаляется самодельная татуировка, у которой в качестве красящего вещества лежащий в самых верхних слоях кожи чёрный уголь, прекрасно поглощающий световую энергию. По той же причине этим способом эффективней всего удаляется чёрный пигмент татуировки. Удаление профессиональных полихроматических татуировок обычно требует комплексного лечения [1].


Табл. 10. Лазеры для выведения татуировок методом селективной фотокавитации [7, стр. 409]:

тип лазера (длина волны, нм)

цена (1999), $

цвета удаляемых татуировок

рубиновый с модуляцией

добротности (694)

~ 90 000 – 140 000

голубые, чёрные и зелёные

ИАГ:Nd с модуляцией добротности

(1064)

~ 78 000

голубые и чёрные

ИАГ:Nd с удвоением частоты (532)

~ 78 000

красные

на александрите с модуляцией

добротности (720 – 760)

~ 80 000 – 190 000

голубые, чёрные и зелёные


В литературе встречаются описания удаления татуировки рубиновым лазером:

с плотностью мощности 2 – 4 Дж/см2;

с модуляцией добротности, с длительностью импульса 40 – 80 нс, с плотностью энергии 6 Дж/см2 (для первых курсов лечения) и 8 – 10 Дж/см2 (для последующих) за 1 – 9 курсов лечения;

с модуляцией добротности (Laser Metrics, модель 936 R 31-1), с плотностью энергии 9 Дж/см2 за 4 (в среднем) курса лечения с интервалами до месяца.

В любом случае требуется многократное повторение курса лечения. Отмечается, что в то время как временная гипопигментация (обесцвечивание кожи) имеет место у многих пациентов (из-за того, что свет поглощается меланином эпидермиса [7, стр. 402] ), структура кожи и рост волос восстанавливались до нормального во всех случаях, а гипертрофических рубцов и пигментных изменений почти не наблюдалось (6 % удалений с образованием рубцов во втором описанном случае).

Экспериментальные результаты эффективности рубинового лазера с модуляцией добротности как новой альтернативы традиционной терапии удаления травматических или медицинских татуировок были подтверждены теоретически методом компьютерного модулирования. Он позволяет создать две модели (оптическую и тепловую) для описания действия излучения лазеров различных типов на кожу. Отмечается, что очень высокие температуры могут быть достигнуты при удалении татуировки именно рубиновым лазером с модуляцией добротности.

Однако в ряде случаев татуировки не поддаются лечению рубиновым лазером и более эффективным оказывается применение ИАГ:Nd-лазера с модуляцией добротности. Рядом специалистов высказывается предположение, что излучение ИАГ:Nd-лазера имеет более высокое проникновение в слой дермиса и меньше поглощается меланином. При выведении татуировок с использованием различных величин плотности энергии (от 6 до 12 Дж/см2) в большинстве случаев (более 50%) получено осветление татуировок при первоначальном лечении. Применение ИАГ:Nd-лазера позволяет уменьшить вероятность образования водяных волдырей и снизить болевые ощущения по сравнению с лечением рубиновым лазером. При этом, однако, отмечалось возникновение незначительных побочных явлений, включая рубцы или пигментарные изменения. При удалении цветных татуировок применение излучения ИАГ:Nd-лазера более эффективно по сравнению с рубиновым лазером для голубых и чёрных пигментов. Вместе с тем, оно не позволяет удалять красные и зелёные пигменты (если нет удвоения частоты), в этом случае необходимо использовать рубиновый лазер [1].

Есть несколько лазеров на александрите (хризо-берилловый кристалл, к которому присажен хром заменивший некоторые атомы Al в кристалле BeAl2O4), но все они имеют модуляцию волны 775 нм [7, стр. 410]. Для удаления профессиональных и любительских чёрных и голубых татуировок с минимальным нарушением эпидермиса был использован лазер на александрите с длительностью импульса100 – 120 нс фирмы «Candela». Поверхность татуировки, облучённая лазером на александрите, мгновенно обесцвечивается без повреждения эпидермиса, однако белизна является временной и остаётся 10 – 20 мин. После этого татуировка опять проявляется, образуются отёк и эритема вокруг области, облучённой лазером. Последующие наблюдения в период от 4 до 6 недель отмечают осветление татуировки. Последовательное проведение курсов лечения с увеличением дозы приводит в конце концов к значительному обесцвечиванию или удалению татуировки. Цвет и текстура кожи приходят в норму без образования рубца [1].


Коагуляция


При коагуляции (неселективная термическая деструкция) облучаемой ткани размельчённое лазерным воздействием красящее вещество большей частью удаляется с образовавшимся струпом, а оставшиеся в глубине дермы мелкие частицы рассасываются сами.

При удалении татуировки у человека импульсным лазерным излучением ИАГ:Nd-лазера с помощью аппарата «Пульсар-1000» [Алборова В.К., 1980] суммарная доза облучения составляла от 600 до 1200 Дж. Для удаления татуировок при поверхностном расположении красящего вещества достаточна доза в 100 Дж/см2, при глубоком – 200 Дж/см2. Одномоментно следует удалять татуировку на площади не более 10 см2. Татуировки большой площади должны удаляться поэтапно, с интервалами в 7 дней, приблизительно в 5 – 6 приёмов в зависимости от площади татуировки.

Непосредственно после облучения раневая поверхность несколько раз с небольшими промежутками (2 – 3 мин) обрабатывалась 5 % раствором перманганата калия KMgO4 до момента высыхания с последующим наложением на неё антисептической марлевой повязки. В домашних условиях пациент продолжал смазывать раневую поверхность KMgO4 2 – 3 раза в день до образования струпа корки, под которой происходило заживление. В общем выздоровление протекало без осложнений, с хорошим самочувствием пациентов, но в результате травмы было возможно нагноение струпа.

Преимущества лазерного удаления татуировок (на «Пульсар-1000») по сравнению с методом диатермокоагуляции: безболезнен; отсутствуют неприятные ощущения в послеоперационный период; регенерация кожи после операции наступает на 3 – 4 дня быстрее; процент после операционных осложнений меньше (3,2% против 7% после диатермокоагуляции); более короткие сроки заживления (в среднем 21 – 28 дней против 30 – 38); температура, электрическое сопротивление и тепловой порог восстанавливаются быстрее; более эффективен; технически легче выполним; менее травматичен для больного.

Следует отметить, что наилучшие результаты были получены при удалении татуировки обоими методами при расположении её на тыле кистей [2].

При удалении татуировок импульсным лазером «Импульс – 1» на стекле с неодимом медицинского назначения (ОКГ – 500) [Вишневский А.А. и др., 1973] использовалась плотность мощности 80 – 120 Дж/см2 в импульсе. На облучаемую татуировку накладывали повязку с борной мазью до полного лизиса и отторжения пигментированных тканей (5 – 10 дней), а затем повязки с мазью Вишневского для улучшения грануляции раны на 3 – 5 дней. Окончательное заживление происходило под образовавшимся струпом, причём в те же сроки, что и заживление чисто хирургических ран (на 24 – 28 день). Рана заживает с образованием подвижного рубца, т.к. заживление происходит, как правило, с минимальным развитием грануляционной ткани. Очевидно, в процессе заживления не только формируется, но и рассасывается волокнистая ткань, что и способствует образованию тонкого рубца [6].


Выбор способа и лазера для удаления татуировки


Были описаны два широко применяемых лазера: лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом и лазер на углекислом газе (см. стр. 24 – 27 и 28 – 30 соответственно). Были рассмотрены возможности их применения для удаления татуировок (см. стр. 33 – 37 – гл. «Практически применяемые способы удаления татуировок лазером»). Исходя из того, что полное и наиболее быстрое выведение татуировок лазером гарантируется только при использовании СО2-лазера для выпаривания участков кожи, содержащих красящий пигмент, а также из-за наличия специальных хирургических установок для СО2-лазера, его дешевизны и широкого распространения, этому способу и этому лазеру и было отдано предпочтение для использования в расчётной части работы.

При создании оптической схемы основой служила лазерная хирургическая установка «Скальпель – 1» [см. подроб. 10, с. 16 – 19; 12]. Такие параметры лазерного излучения как расходимость лазерного излучения до прохождения линзы и радиус лазерного пучка на выходном окне лазера являются экспериментальными и предоставлены лабораторией кафедры ЛТиЭП, СПбГИТМО (ТУ).

Оптический расчёт


Оптическая схема установки


Схема типична для лазерных хирургических установок с использованием СО2-лазера [см. подроб. 10, с. 16 – 19; 12]:
























Расчёт оптической схемы


расходимость лазерного излучения до прохождения линзы = 1,6?10-3 рад

длина волны лазерного излучения = 10,6 мкм = 10,6?10-6 м (СО2-лазер, см. стр. 28 – гл. «Лазер на углекислом газе»)

радиус перемычки лазерного пучка до прохождения линзы




радиус лазерного пучка на выходном окне лазера = 2,4?10-3 м

расстояние от перемычки лазерного пучка до выходного окна лазера




длина светопровода = 1,5 м (типичная для хирургических лазерных установок с использованием СО2-лазера [10, с. 16 – 19; 12])

расстояние от выходного окна лазера до зеркала, направляющего излучение в светопровод = 0,3 м (приблизительное для хирургических лазерных установок с использованием СО2-лазера согласно косвенному измерению на конструктивных схемах этих установок [10, с. 16 – 19; 12])

расстояние от перемычки лазерного пучка до линзы




радиус лазерного пучка на линзе




радиус перемычки лазерного пучка после линзы (минимальный радиус фокусировочного пятна)

фокусное расстояние линзы = 60 мм = 0,06 м (типичное для хирургических лазерных установок с использованием СО2-лазера [10, с. 16 – 19])




расстояние от линзы до плоскости фокусировки


Энергетический расчёт


температура испарения водосодержащей ткани Т = 600 К (см. стр. 14 – табл. 5. Эффекты на биоткани при температурном воздействии)

начальная температура мишени Тнач = 293 К (комнатная)

плотность мощности лазерного излучения

поглощательная способность А = 0,217

теплопроводность водосодержащей ткани с = 0,5 Вт/м?К (см. стр. 7 – табл. 2. Теплопроводность различных материалов в Вт/м?К при нормальных условиях)

температуропроводность =1,2?10-7 м2/с (типичная для большинства тканей, см. стр. 8 – гл. «Термические свойства ткани», раздел «Накопление тепла»)

радиус лазерного луча в плоскости фокусировки (или ) = 0,1 мм = 10-4 м (из гл. «Оптический расчёт»)

скорость сканирования = 0,2 м/с (предлагается, исходя из специфики работы с лазерным манипулятором)


учитывая, что выберем формулу






необходимая мощность лазерного излучения Р




учитывая, что коэффициент пропускания светопровода k = 0,8 [10, с. 16 – 19; 12], вычислим исходную мощность лазерного излучения, испускаемого лазером Рисх


Итоговые выводы и рекомендации


На основании оптического и энергетического расчётов была выбрана лазерная хирургическая установка «Скальпель – 1» [см. подроб. 10, с. 16 – 19; 12], наиболее полно соответствующая необходимым условиям. Помимо необходимости придерживаться рассчитанных характеристик лазерного излучения, можно рекомендовать только учёт специфики лазерного воздействия(см. стр. 11 – 15 – гл. «Биологическое действие лазерного излучения»; стр. 33 – 37 – гл. «Практически применяемые способы удаления татуировок лазером») , стандартный уход за лазерным ожогом и особый уход за облучённой поверхностью.

Для нейтрализации болевой реакции логично использовать местное охлаждение до потери чувствительности и максимальное сокращение экспозиции и длительности импульса света [13].

В целом за облучённой поверхностью необходим нежный уход. Не рекомендуется пользоваться косметикой первые 10 – 14 дней, пока не произойдёт начальное заживление. Запрещается втирать косметику в травмированное место, т.к. дополнительная травма может привести к рубцеванию и шрамам или инфекции. Умывать облучённое место следует осторожно, мягким антиаллергическим мылом и промокать или высушивать, не тря. Необходимо избегать прямых солнечных лучей 30 – 90 дней после лечения и пользоваться защитой от солнца (абсолютной защитой от солнца является оксид цинка ZnО) [9].


Использованные материалы


1) И.Н. Белякова, В.К. Калинина. Лазеры в дерматологии и косметологии//Лазерная техника и оптоэлектроника, 1994, – вып. 3 – 4. – Стр. 38 – 41.

2) Алборова В.К. Применение инфракрасного импульсного лазерного излучения для удаления татуировок: (клинико-эксперим. исслед.). Автореф. дис. на соиск. учён. степ. канд. мед. наук. – М., 1980.

3) Акберов Р.Г., Козлова Г.Л. Опыт лазерного выпаривания татуировок//Казан. мед. журнал. 1990 – т. 71, № 6. – Стр. 443 – 445.

4) Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие./Под ред. Х.-П. Берлиена, Г.Й. Мюллера: Пер. с нем. – М.: АО «Интерэкспорт», 1997. – Стр. 30 – 33, 42 – 45, 65 – 114, 181 – 189, 326 – 329.

5) Ракчеев А.П. Применение гелий-неоновых и неодимового лазеров в дерматологии: (Клинико-эксперим. исслед.): Автореф. дис.на соиск. учён. степ. д-ра мед. наук. (14.00.11)/Центр. н.-и. кожно-венерол. ин-т. – М., 1986.

6) А.А. Вишневский (мл.), А.С. Харитон, Л.И. Музыкант, К.Е. Шерпутовская. Морфологические изменения кожи после облучения её импульсным лазером с целью удаления татуировки//Архив патологии. 1973 – т. 35, № 4. – Стр. 59 – 63.

7) Джейс Е. Фицпатрик, Джон Л. Элинг «Секреты дерматологии»/Пер. с англ. – М.; СПб.: «Издательство БИНОМ» – «Невский диалект», 1999. – Стр.9 – 13, 400 – 411.

8) И.Ф. Воронков, В.А Тупицин. Лазеры в медико-биологической практике: учебно-методическое пособие. – Рязань: Ряз. мед. ин-т им. академика И.П. Павлова, 1980. – Стр. 98 – 101.

9) Лазерное излучение для восстановления красоты кожи: (Сб. материалов)/[Сост. И.В. Понамарёв]. – М.: Б. и., 1993.

10) Лазеры в хирургии/под ред. Скобелкина О.К. – М.: «Медицина», 1989. – Стр. 6, 16 – 19, 180.

11) Большая медицинская энциклопедия. Главн. ред. Б.В. Петровский. Изд. 3-е. [В 30-ти т.] М., «Сов. энциклопедия», 1977. – Т. 5, 7, 9, 12, 19 ,23.

12) Лазеры в клинической медицине: (руководство для врачей) под ред. С. Д. Плетнёва. – М.: Медицина, 1981. – Стр. 26 – 33.

13) Ф.В. Балюзек, М.Ф. Балюзек и др. Медицинская лазерология. – СПб.: НПО «Мир и семья – 95», ООО «Интерлайн», 2000. – Стр. 107 – 118.

14) Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. – 3-е перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1990. – Стр. 335 – 340, 361 – 377.

15) Крылов К.И. и др. Основы лазерной техники: Учеб. пособие для студентов приборостроительных спец. вузов/К.И. Крылов, В.Т. Прокопенко, В.А. Тарликов. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. – Стр. 150 – 154, 174 – 178, 305 – 313.

16) Методические материалы по лазерной технике ГИТМО – ГОИ (рукопись).

17) Вейко В.П., Шахно Е.А. Сборник задач по лезерным технологиям. – СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2001.

18) Конспект лекций по курсовому проекту за осенний семестр 2002/2003 г. Каф. ЛТиЭП, СПб ГИТМО (ТУ). Преподаватель: Костюк Г.К. (рукопись).

19) Статья «Удаление лазером-2» по адресу в Internet: http://www.outoffspace.narod.ru/tatoo10.html на 05.06.2003 (сайт «OutOffSpace – Всё о татуировках и пирсинге!»).

20) Статья «Хочу tatoo» (автор Демидова Татьяна) по адресу в Internet: http://www.nanya.ru/opit/177 на 05.06.2003 (сайт «Няня»).

21) Статья «Двойная» татуировка не сводится лазером» по адресу в Internet: http://tattoo.by/tattoo/doubletattoo.html на 05.06.2003 (портал «Tattoo»).


1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Статус:Никогда не включаю поворотники. Не хочу, чтобы другие знали, куда я еду...
Коммент:Зато они точно знают кто ты...и им уже не важно...к кому ты едешь...они точно знают зачем...)))
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по медицине и здоровью "Удаление татуировок излучением лазера", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru