Ласер је скраћеница за поријекло на енглеском језику: ЛАСЕР - "Појачање свјетла потицањем емисије зрачења", што у пријеводу значи "појачање свјетла стимулираним зрачењем". Другим речима, ласер је уређај који је у стању да произведе веома снажан сноп монохроматског светла. Пошто је ласерски зрак само ток светлости (чак и ако има неке посебне карактеристике), касније се у овом чланку назива светлосни зрак..
Светлост је електромагнетни (ЕМ) талас који се шири у простору огромном брзином (у вакууму: ц = 300,000 км / с). За разлику од акустичких и механичких таласа, ЕМ таласи обухватају две компоненте - електричне и магнетне - чије се хармонијске осцилације јављају у међусобно окомитим правцима. С друге стране, можемо претпоставити да се ток светлости састоји од посебних честица (фотона) чија је енергија повезана са фреквенцијом светлости (Е = хв, х је Дираковова константа), а количина је повезана са интензитетом снопа.
Владимир Александрович Тсепколенко
МД, професор, почасни доктор Украјине,
Председник Украјинског друштва за естетику
лек, генерални директор Украјине
Институт за пластичну хирургију
и естетска медицина "Виртус"
Светлост и њена дистрибуција у хомогеном окружењу
Главна карактеристика светлости је њена фреквенција в, која одређује пренос енергије. Светлост са различитим фреквенцијама се доживљава као различите боје. На пример, фреквенција црвене боје је мања од фреквенције жуте, а жута је мања од плаве. Све могуће фреквенције светлости комбинују термин спектар..
У видљивој светлости не постоји један, већ бесконачан број таласа различитих фреквенција, који улазе у њега у различитим пропорцијама. Овај скуп фреквенција се назива спектрална композиција светлости (у свакодневном животу назива се боја). Ако струја светлости "садржи" таласе само једне фреквенције, онда се она зове монохроматска (међутим не може бити савршено монохроматске светлости).
Друга важна карактеристика светлосног тока је његов интензитет И, директно повезан са енергијом која се преноси у једној секунди.
Концепт фреквенције је незгодан јер су нам нумеричке вриједности неуобичајено велике, па се често користи друга физичка величина - вална дужина λ:
Што је већа фреквенција светлости, њена таласна дужина је мања. Када светлост пролази из једног медија у други, његова таласна дужина се мења, а фреквенција остаје непромењена. Обично се ова чињеница изоставља, помињући да се вална дуљина не налази у медију који се разматра, већ му одговара у вакууму..
Зрачење видљивог опсега назива се ЕМ таласима које опажа људско око, чије дужине леже у опсегу од 400 до 760 нм (Табела 1)..
Зрачење се зове инфрацрвено зрачење са таласним дужинама већим од 760 нм (црвено), више није видљиво, али се осећамо као топлота која долази из било ког грејаног тела..
За ултраљубичасте, напротив, носе зрачење у распону од 6-400 нм.
Рефлексија и преламање светлости на интерфејсу
У хомогеном медију, светлосни сноп увек формира равну линију. Свјетлост сама по себи не мијења смјер, али ако постоји препрека у облику трунке прашине, капљица или границе другог медија на путу греде, она може промијенити свој смјер кретања. Такви процеси се називају расипање или рефракција..
Сваки медиј (било да се ради о течности, гасу или прозирној крутини) карактерише одређена вредност, индекс рефракције светлости н. Што је већа разлика између индекса преламања, то се светлост више ломи. Треба напоменути да се светлост која се јавља под правим углом у односу на интерфејс не прелама, већ се наставља померањем у правој линији..
Други ефекат који настаје када светлост пролази кроз интерфејс је његов одраз од ове границе. Рефлексија се јавља скоро увек, и то је већи, мањи је угао између греде и интерфејса између медија (сноп се одбија од њега). Ако светлост улази у неједнак медиј, онда се он распршује. Када се распршује, део светла се готово увек "рефлектује", мењајући правац кретања у супротно.
Ефекти расипања и рефлексије играју, по правилу, паразитску улогу, јер доводи до губитака енергије и, још горе, до нециљаног гријања.
Расипање је интензивније, што је већа разлика између индекса преламања медија и хетерогености (или два различита медија - коже и зрака). Смањење разлике између индекса преламања смањује рефлексију и смањује расипање..
Апсорпција светлости и хромофори
Када се апсорбује велика количина светлости, апсорбована супстанца се загрева, тј. Помоћу ласера можете загрејати унутрашњи слој коже без загревања спољних слојева, а дубина загрејаног ткива се бира одабиром фреквенције ласерске светлости..
Супстанца која апсорбује светлост зове се хромофор. У улози хромофора може бити било која компонента људског тела: крвни хемоглобин, меланин, масти, вода у ћелијама, страна твар (тумори, хематоми), васкуларни зидови. Позната је зависност коефицијента апсорпције од таласне дужине упадне светлости (апсорпциони спектар) за већину компоненти коже (табела 2, слика 2.5-1), која омогућава да се из расположивих таласних дужина ласера изабере онај који ће бити максимално апсорбован од стране циљног објекта, утичући што је могуће мање. комшије.
Размотримо детаљније апсорпцију светлости са различитим таласним дужинама од стране главних хромофора који чине кожу..
Ултраљубичасто светло (УВ) са таласним дужинама у опсегу од 200 до 290 нм добро се апсорбује од стране свих биолошких објеката (ћелија и ткива). При повећању таласне дужине од 300 до 400 нм, УВ апсорпција је приметно ослабљена и јавља се углавном због нуклеинских киселина и безбојних површина коже..
Видљива светлост (таласне дужине од 400 до 760 нм) добро се апсорбује у крви (хемоглобин) и пигменту (меланин). Преостале ћелије и вода практично се не апсорбују у овом опсегу, тако да боја коже значајно зависи од пигментације њених горњих слојева и протока крви. Такође у овом опсегу може апсорбовати стране супстанце које се уносе у кожу (на пример, тетовиране пигменте)..
У инфрацрвеном (ИР) опсегу (више од 760 нм), апсорпција многих биомолекула се повећава, а апсорпција меланина и хемоглобина значајно опада. Дужине таласа веће од 1200 нм апсорбују се претежно водом (максимална дужина је око 2900 нм) која се налази у телу скоро свуда. У опсегу од 1200-1700 нм је максимална апсорпција масти. На око 6000-7000 нм, коефицијент апсорпције светлости колагеном драматично се повећава, што омогућава директно загревање, а не пренос топлоте из молекула воде (као што се дешава када се користе Ер.ИАГ и ЦО2 ласери)..
Од свих кожних хромофора, хемоглобин, меланин и вода су од највећег интереса њихови апсорпциони максимуми леже у различитим регионима спектра и добро су заступљени у кожи.
Вода је прозирна у читавом видљивом опсегу таласних дужина и околини (200-900 нм), али упија светлосни бунар са таласним дужинама мањим од 150 и више од 1300 нм. Максимална апсорпција је око 2940 нм, након чега се постепено смањује, али остаје значајна до 12 микрона и више..
Хемоглобин. Максимуми апсорпције светлости окси- и десоксихемоглобина налазе се у близини 415, 430, 540, 555 нм (Слика 2.5-1). Истовремено, са повећањем таласне дужине, интензитет апсорпције се у просјеку смањује. Интересантан је опсег од 600-750 нм, у којем је деоксихемоглобин очигледна предност. На таласним дужинама већим од 1100 нм, апсорпција хемоглобина се губи на позадини значајно повећане апсорпције светлости водом..
Меланин. Апсорпција светлости меланином прилично брзо опада са повећањем таласне дужине од 300 до 1000 нм. У опсегу од 300–450 нм апсорпција је максимална, али хемоглобин много више апсорбује ове таласне дужине. Светлост са таласним дужинама од 450-500 и 600-1000 нм меланин апсорбује интензивније од свих осталих хроматофора, а на таласној дужини од преко 1100 нм се губи на позадини воде.
Царбон. Упркос чињеници да је основа свих познатих живота, чисти угљик улази у здрава ткива само извана (на примјер, тетоважа), али се емитира у облику графита из органских молекула када се дуго загријавају до температуре од неколико стотина ступњева. Због веома јаке апсорпције у широком опсегу таласа, угљеник не преноси светлост у кожу, што доводи до високог површинског загревања..
Различите компоненте коже (као и сваки други орган) често апсорбују светлост са различитим таласним дужинама, које се могу ефикасно користити у медицини. Спектри апсорпције и концентрације главних хромофора у различитим деловима коже у потпуности одређују његову интеракцију са монохроматским ласерским светлом и, сходно томе, одговор на дерматолошке процедуре..
Селективно загревање појединачних елемената коже назива се селективна фототермолиза, тачкаста природа грејања која смањује вероватноћу оштећења топлотног ткива великих размера. Пошто су области грејања локализоване, ова техника, у поређењу са другима, обично смањује бол.
Загревање апсорбујуће супстанце светлошћу
Сваки медиј карактерише одређени коефицијент апсорпције светлости м (в) ...
Када монохроматски сноп светлости уђе у хомогени медиј са коефицијентом апсорпције од м = 1,00 мм - 1, количина светлосне енергије која достиже дубину х одређена је експоненцијалним законом. То значи да дубине од 1 мм достижу само 36% пале светлости (преосталих 64% апсорбује горњи слој). На следећем милиметру ће бити апсорбовано још 22% почетне количине енергије, а само 5% светлости која пада на површину ће достићи дубину од 3 мм. На исти начин се повећава и температура гријане подлоге (слика 2.5-2)..
Тако, како светлост продире дубоко у апсорбујући медијум, њен интензитет нагло опада.
Типови ласера: пулсни и континуирани
Главно својство ласерског зрачења, које га разликује од свих других извора светлости, је монохроматска (сви емитовани таласи имају исту фреквенцију). Фреквенција (таласна дужина) - јединствена карактеристика сваког ласера - одређена је унутрашњим уређајем (дужина шупљине и супстанца која зрачи). Поред фреквенције, ласерски уређај одређује и свој главни начин рада: импулсни или континуирани.
Импулсни ласери емитују светлост у облику бљеска свјетлости (импулса) који трају у хиљадитима, милионима и чак милијардама делова секунде, али енергија која се преноси на сваку од њих је релативно висока. Често се неколико таквих импулса комбинира у један макро-пулс, који се карактерише бројем импулса, њиховим трајањем и паузама између њих. Трајање макро пулса је обично стотинки, хиљадити део секунде, а енергија која се у њој преноси једнака је производу броја импулса и енергије сваке од њих. Трајање једног микропулса, максимална учесталост њиховог понављања и максимална енергија сваког од њих одређује се дизајном ласера. Насупрот томе, параметри макро импулса се обично могу контролисати унутар одређених граница да би се постигао циљ..
Због веома кратког трајања импулса, људско око нема времена да види тачку удара снопа таквог ласера, па је често „осветљено“ слабим али континуираним снопом створеним једноставним уређајем..
Импулсни ласери укључују рубин, александрит, неодимијум, Ер.ИАГ и диоде ласер, као и ласерске боје. Већина њих је базирана на чврстом језгру са пумпањем лампе..
Непрекидни ласери, као што име имплицира, стварају непрекидан светлосни флукс чија је тачка на површини коже видљива голим оком (ако је таласна дужина ласера у видљивом опсегу таласних дужина: 400-760 нм) за разлику од тачке импулсних ласера. Тренутна снага континуираних ласера је знатно мања него код импулсних ласера, али њихово време експозиције је у основи неограничено. Релативно споро снабдијевање енергијом може бити корисно у случајевима када је брзо загревање непожељно, али, с друге стране, када се обради широка класа оштећења, такав ласер може довести до јаког термичког оштећења које није циљано, јер топлота која им се испоручује успева да се шири дубоко у кожу и јако је загрева.
Предност континуираних ласера је у томе што се готово сваки од њих може "трансформисати" у импулсни помоћу механичког или електрооптичког прекидача, који блокира проток светлости са одређеном фреквенцијом..
Континуални ласери, по правилу, користе гас или течни резонатор, методе пумпања могу бити прилично разноврсне (често коришћењем електричног пражњења жара). Овај тип укључује ЦО2 и Хе-Не ласере, као и многе ласерске боје.
Друга варијанта медицинске класификације ласера заснива се на основном моделу њихове примене..
Хируршки и аблативни ласери (ЦО2 и Ер.ИАГ) називају се "штетним", а зрачење које апсорбују сва ткива свуда (главна хромофора је вода). Према томе, ако је довољна енергија испоручена кожи, њено потпуно уништење је загарантовано..
"Нешкодљиви" могу се назвати они ласери, који се углавном користе у складу са методом селективне фототермолизе (дерматолошки ласери), тј. њихово зрачење се апсорбује само од стране појединих елемената тканине, а опасно загревање већине често се не дешава.
Ова "класа" укључује већину ласера који емитују у видљивом опсегу и који раде у пулсном моду: аргон, алекандрите, Нд.ИАГ, диода, ласерски парни бакар и ласери за бојење. Ово може укључивати и слабе ласере, стимулишући биохемијске процесе у дубини коже без било какве деструктивне акције (терапија ниског интензитета)..
Вреди нагласити да уз прекомјерну инсталирану снагу, било који ласер може узроковати озбиљне повреде и пацијента и медицинског особља..
Основне карактеристике ласерског импулса
Ширење светлосног таласа увек је повезано са преносом енергије. Извор зрачења карактерише снага П - количина енергије која се емитује у једној секунди. Снага измерена у ватима: 1 В = 1 Ј / с.
Међутим, снага није увек најпогоднија карактеристика: један и исти извор топлоте може се загревати различито, у зависности од тога колико се материја загрева. Другим ријечима, што више површине „покушавамо“ загријати, то ће бити слабије гријање. Због тога је, умјесто снаге извора, прикладније користити густоћу снаге зрачења која се појављује на површини:
Што је већа густина снаге, то је јачи ефекат извора. Због овог параметра ласери су много пута супериорнији од других извора светлости..
Процеси који се одвијају у загрејаној зони одређују се густином енергије зрачења (е) која се преноси на јединицу површине коже. Густина енергије (која се преноси једним импулсом) може се наћи на два начина:
Однос енергије пулса према области ласерске тачке;
Као продукт трајања импулса и густине снаге зрачења.
При истој импулсној снази, густина енергије снажно зависи од површине мрље: како се површина смањује, густина енергије на освијетљеној површини се повећава, а њено загријавање се према томе повећава..
Поред таласне дужине, трајања импулса и његове енергије, карактеристика ласера укључује и друге, суптилније, параметре (одређени дизајном): пулсни профил (за импулсне ласере) и профил греде.
Профил просторног снопа
Радијална дистрибуција густине снаге ласерског зрака назива се његов просторни профил, за већину ласера се односи на један од сљедећих типова:
Гаусова (звонаста, "природна" за ласере) - више енергије се доводи до центра ласерске тачке него до њених ивица (Слика 2.5-3); када се обради велика у односу на тачкасту површину парцела, ова хетерогеност се узима у обзир уз помоћ неких (15-20%) преклапања суседних тачака (Сл. 2.5-5);
равна - густина снаге снопа је равномерно распоређена по целој зони (Сл. 2.5-4); заједнички за ласерске оптичке влакне.
Техника селективне фототермолизе
Техника селективне фототермолизе заснива се на монокроматности ласерског зрачења, инерцији ширења топлоте и познавању апсорпционих спектара хромофора коже. Омогућава да један бљесак свјетла загрије велики број малих, али контрастних елемената коже на високу температуру, готово без загријавања остатка тканине..