Як діє лазерне випромінювання. Вплив лазерного випромінювання на організм людини. Використання лазерного випромінювання в хірургії

лекція 8

«Лазер» - абревіатура, утворена з початкових літер англійської фрази Light amplification by stimulated emission of radiation- посилення світла за рахунок створення стимульованого випромінювання.

Лазер (оптичний квантовий генератор) - генератор електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, заснований на використанні вимушеного (стимульованого) випромінювання.

лазерне випромінювання- це електромагнітне випромінювання, яке формується в ( лазерах ) З довжиною хвилі 0,2-1000мкм: 0,2 ... 0,4 мкм - ультрафіолетова, 0,4 ... 0,75 мкм - видимого світла, ближнього інфрачервоного 0,75 ... 1,4 мкм, інфрачервоного 1,4 ... 10 2 мкм.

Відмітна особливістьлазерних випромінювань є: монохромність випромінювання (строго однієї довжини хвилі); когерентність випромінювання (Всі джерела випромінювання випускають електромагнітні хвилі в одній фазі); гостра спрямованість променя (Мале розходження).

Лазерне випромінювання розрізняють по увазі випромінювання на

- пряме(Укладену в обмеженому тілесному куті)

- розсіяне(Розсіяне від речовини, що входить до складу середовища, крізь яку проходить лазерний промінь)

- дзеркально-відбите (відбите від поверхні під кутом, рівним кутупадіння випромінювання)

- дифузно-відбите(Відбивається від поверхні по всіляких напрямках)

Як технічний пристрій лазер складається з трьох основних елементів:

- активного середовища

- резонатора

- системи накачування.

Залежно від характеру активного середовища лазери підрозділяються на наступні типи: твердотільні (на кристалах або стеклах); газові (He-Ne, Ar, Kr, Xe, Ne, He-Cd, CO 2 та ін.); рідинні; напівпровідникові та ін.

В якості резонатора зазвичай використовуються паралельні дзеркала з високим коефіцієнтом відображення, між якими розміщується активне середовище.

накачування, Тобто переклад атомів активного середовища на верхній рівень, забезпечується або за допомогою потужного джерела світла або електричним розрядом.

Існують лазери безперервного і імпульсної дії.

Класифікацію лазерів можна представити в наступному вигляді (рис):

За ступенем небезпеки генерованого випромінювання класифікуються лазери согласноГОСТ 12.1.041-83 (1996):

Клас 1 ( безпечні)- вихідний випромінювання становить небезпеки для очей і шкіри;

Клас II ( малонебезпечні) - вихідний випромінювання небезпечно при опроміненні очей прямим або зеркальнио-відбитим випромінюванням;

Клас III ( среднеопасние) - небезпечно для очей пряме, дзеркальне, а також дифузно-відбите випромінювання;

Клас IV ( високонебезпечні) - небезпечно для шкіри дифузно відбите випромінювання на відстані 10 см від відбитої поверхні.

Класифікацію лазерів за ступенем небезпеки здійснюють на основі тимчасових, енергетичних і геометричних (точковий або протяжний джерело) характеристик джерела випромінювання і гранично допустимих рівнів лазерного випромінювання.

Технічні характеристики лазера : Довжина хвилі, мкм; ширина лінії випромінювання; інтенсивність випромінювання (визначається за величиною енергії або потужності вихідного пучка і виражається в Дж або Вт); тривалість імпульсу, с; частота повторення імпульсів, Гц.

Лазери отримали широке застосування в наукових цілях, в практичній медицині, а також в різних областяхтехніки. Області застосування лазера визначаються енергією використовуваного лазерного випромінювання:

Біологічна дія лазерного випромінювання залежить від енергії випромінювання Е, Енергії імпульсу Еі, щільності потужності (енергії) W p ( W e), часу опромінення t, Довжини хвилі l, тривалості імпульсу t, частоти повторення імпульсів f, Потоку випромінювання Ф, Поверхневої густини випромінювання Ее, інтенсивності випромінювання I.

характеризується об'єкт	показник	позначення	Одиниця виміру
Пучок лазерного випромінювання	Енергія лазерного випромінювання	Е	Дж
Енергія імпульсу лазерного випромінювання	Е і	Дж
Потужність лазерного випромінювання	Р	Вт
Щільність енергії (потужності) лазерного випромінювання	W e, W p	Дж / см 2 (Вт / см 2)
поле випромінювання	потік випромінювання	Ф, F, Р	Вт
Поверхнева щільність потоку випромінювання	Е е	Вт / м 2
інтенсивність випромінювання	I, S	Вт / м 2
джерело випромінювання	випромінювальна здатність	R е	Вт / м 2
Енергетична сила випромінювання	I е	Вт / ср
енергетична яскравість	L e	Вт / м 2 · ср
приймач випромінювання	Опромінення (енергетична освітленість)	E e	Вт / м 2
Енергетичне кількість освітлення	H e	Дж / м 2

Під впливом лазерного випромінювання порушується життєдіяльність, як окремих органів, так і організму в цілому. В даний час встановлено специфічну дію лазерних випромінювань на біологічні об'єкти, що відрізняється від дії інших небезпечних виробничих фізичних і хімічних чинників. При впливі лазерного випромінювання на суцільну біологічну структуру (наприклад, на організм людини) розрізняють три стадії: фізичну, фізико-хімічну і хімічну.

На першій стадії ( фізичної) відбуваються взаємодії випромінювання з речовиною, характер яких залежить від анатомічних, оптико-фізичних і функціональних особливостей тканин, а також від енергетичних і просторових характеристик випромінювання і, перш за все, від довжини хвилі і інтенсивності випромінювання. На цій стадії відбувається нагрівання речовини, перехід енергії електромагнітного випромінювання в механічні коливання, іонізація атомів і молекул, збудження і перехід електронів з валентних рівнів в зону провідності, рекомбінація збуджених атомів і ін. При впливі безперервного лазерного випромінювання переважає в основному тепловий механізм дії, в внаслідок якого відбувається згортання білка, а при великих потужностях- випаровування биоткани. При імпульсному режимі (з тривалістю імпульсів<10 -2 с) механизм взаимодействия становится более сплошным и приводит к переходу энергии излучения в энергию механических колебаний среды, в частности ударной волны. При мощности излучения свыше 10 7 Вт и высокой степени фокусировки лазерного луча возможно возникновение ионизирующих излучений.

На другій стадії ( фізико-хімічної ) З іонів та збуджених молекул утворюються вільні радикали, що володіють високою здатністю до хімічних реакцій.

На третій стадії ( хімічної ) Вільні радикали реагують з молекулами речовин, що входять до складу живої тканини, і при цьому виникають молекулярні пошкодження, які в подальшому визначають загальну картину впливу лазерного випромінювання на опромінюється тканину і організм в цілому. Схематично основні чинники, що визначають біологічну дію лазерного випромінювання, можна представити таким чином:

Лазерне випромінювання становить небезпеку головним чином для тканин, які безпосередньо поглинають випромінювання, тому з позицій потенційної небезпеки впливу і можливості захисту від лазерного випромінювання розглядають в основному очі і шкіру.

Високою чутливістю до електромагнітних випромінювань мають рогівка і кришталик ока, причому оптична система ока здатна на кілька порядків збільшувати щільність енергії видимого та ближнього інфрачервоного діапазону на очному дні по відношенню до рогівки.

Тривала дія лазерного випромінювання видимого діапазону (не на багато менше опікового порога) на сітківку ока може викликати незворотні зміни в ній, а в ближньому інфрачервоному діапазоні може призвести до помутніння кришталика. Клітини сітківки після пошкодження не відновлюються.

Дія лазерного випромінювання на шкіру в залежності від початкової поглиненої енергії призводить до різних поразок: від легкої еритеми (почервоніння) до поверхневого обвуглювання і, в кінцевому підсумку, освіти глибоких дефектів шкіри.

розрізняють 6 видів впливу ЧИ на живий організм :

1) термічне (теплове) дію. При фокусуванні лазерного випромінювання виділяється значна кількість теплоти в невеликому обсязі за короткий проміжок часу;

2) енергетичне дію. Визначається великим градієнтом електричного поля, обумовленого високою щільністю потужності. Ця дія може викликати поляризацію молекул, резонансні і інші ефекти .;

3) фотохімічні дію. Виявляється в вицвітання ряду барвників;

4) механічна дія. Виявляється у виникненні коливань типу ультразвукових в опромінюється організмі.

5) електрострикція - деформація молекул в електричному полі лазерного випромінювання;

6) утворення в межах клітини мікрохвильового електромагнітного поля.

Допустимими рівнями (ПДУ) опромінення прийняті енергетичні експозиції. Для ПДУ безперервного лазерного випромінювання вибирають енергетичну експозицію найменшої величини, що не викликає первинних і вторинних біологічних ефектів (з урахуванням довжини хвилі і тривалості впливу). Для імпульсно-періодичного випромінювання, ПДУ опромінення розраховують з урахуванням частоти повторення і впливу серії імпульсів.

При експлуатації лазерів, крім лазерного випромінювання, виникають і інші види небезпек. Це - виділення шкідливих хімічних речовин, шум, вібрація, електромагнітні поля, іонізуючі випромінювання тощо.

1. Проходження монохроматичного світла через прозоре середовище.

2. Створення інверсної населеності. Способи накачування.

3. Принцип дії лазера. Типи лазерів.

4. Особливості лазерного випромінювання.

5. Характеристики лазерного випромінювання, яке застосовується в медицині.

6. Зміни властивостей тканини і її температури під дією безперервного потужного лазерного випромінювання.

7. Використання лазерного випромінювання в медицині.

8. Основні поняття і формули.

9. Завдання.

Ми знаємо, що світло випускається окремими порціями - фотонами, кожен з яких виникає в результаті радіаційного переходу атома, молекули або іона. Природне світло - це сукупність величезного числа таких фотонів, що розрізняються по частоті і фазі, випущених в випадкові моменти часу в випадкових напрямках. Отримання потужних пучків монохроматичного світла з допомогою природних джерел - завдання практично нерозв'язна. У той же час потреба в таких пучках відчувалася як фізиками, так і фахівцями багатьох прикладних наук. Створення лазера дозволило вирішити цю задачу.

лазер- пристрій, що генерує когерентні електромагнітні хвилі за рахунок вимушеного випромінювання мікрочастинок середовища, в якій створена висока ступінь збудження одного з енергетичних рівнів.

Лазер (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) - посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання.

Інтенсивність лазерного випромінювання (ЛВ) у багато разів перевершує інтенсивність природних джерел світла, а розбіжність лазерного променя менше однієї кутової хвилини (10 -4 рад).

31.1. Проходження монохроматичного світла через прозоре середовище

У лекції 27 ми з'ясували, що проходження світла через речовину супроводжується як фотонним збудженнямйого частинок, так і актами вимушеного випромінювання.Розглянемо динаміку цих процесів. Нехай в середовищі поширюється монохроматическийсвітло, частота якого (ν) відповідає переходу частинок цього середовища з основного рівня (E 1) на збуджений (Е 2):

Фотони, що потрапляють в частинки, що знаходяться в основному стані, будуть поглинатися,а самі частинки будуть переходити в збуджений стан Е2 (див. рис. 27.4). Фотони, які потрапляють в порушені частинки, ініціюють вимушене випромінювання (див. Рис. 27.5). При цьому відбувається подвоєння фотонів.

У стані теплової рівноваги співвідношення між числом збуджених (N 2) і не збудженому (N 1) частинок підпорядковується розподілу Больцмана:

де k - постійна Больцмана, T - абсолютна температура.

При цьому N 1> N 2 і поглинання домінує над подвоєнням. Отже, інтенсивність виходить світла I буде менше інтенсивності падаючого світла I 0 (рис. 31.1).

Мал. 31.1.Ослаблення світла, що проходить через середовище, в якій ступінь збудження менше 50% (N 1> N 2)

У міру поглинання світла ступінь збудження буде рости. Коли вона досягне 50% (N 1 = N 2), між поглинаннямі подвоєннямвстановиться рівновага, так як ймовірності попадання фотонів в збуджену і непорушення частки стануть однаковими. Якщо освітлення середовища припиниться, то через деякий тимчасового середовища повернеться в початковий стан, відповідне розподілу Больцмана (N 1> N 2). Зробимо попередній висновок:

При висвітленні середовища монохроматическим світлом (31.1) неможливо домогтися такого стану середовища, при якому ступінь збудження перевищує 50%. І все-таки давайте розглянемо питання про проходження світла через середовище, в якій якимось способом досягнуто стан N 2> N 1. Такий стан називається станом з инверсной населенностью(Від лат. inversio- перевертання).

інверсна населеність- такий стан середовища, при якому число частинок на одному з верхніх рівнів більше, ніж на нижньому.

У середовищі з інверсної населеністю ймовірність попадання фотона в збуджену частку більше, ніж в не збудженому. Тому процес подвоєння домінує над процесом поглинання і має місце посилення світла (рис. 31.2).

У міру проходження світла через середовище зінверсної населенностью ступінь збудження буде знижуватися. Коли вона досягне 50%

Мал. 31.2.Посилення світла, що проходить через середовище зінверсної населенностью (N 2> N 1)

(N 1 = N 2), між поглинаннямі подвоєннямвстановиться рівновагу і ефект посилення світла зникне. Якщо освітлення середовища припиниться, то через деякий тимчасового середовища повернеться в стан, відповідне розподілу Больцмана (N 1> N 2).

Якщо вся ця енергія виділиться в випромінювальних переходах, то ми отримаємо світловий імпульс величезної потужності. Правда, він ще не буде мати необхідної когерентністю і спрямованістю, але буде в високого ступеня монохроматічен (hv = E 2 - E 1). Це ще не лазер, але вже щось близьке.

31.2. Створення інверсної населеності. способи накачування

Так чи можна домогтися інверсної населеності? Виявляється, можна, якщо використовувати триенергетичних рівня з наступною конфігурацією (рис. 31.3).

Нехай серед висвітлюється потужним спалахомсвітла. Частина спектра випромінювання буде поглинена в переході з основного рівня Е 1 на широкий рівень Е3. Нагадаємо, що широкимє енергетичний рівень з малим часом релаксації. Тому більшість частинок, які потрапили на рівень збудження Е 3, безвипромінювальної переходить на вузький метастабільний рівень Е 2, де відбувається їх накопичення. Внаслідок вузькості цього рівня лише мала частка фотонів спалаху

Мал. 31.3.Створення інверсної населеності на метастабільних рівні

здатна викликати вимушений перехід Е 2 → Е 1. Цим і забезпечуються умови для створення інверсної населеності.

Процес створення інверсної населеності називається накачуванням.В сучасних лазерах застосовуються різні види накачування.

Оптичне накачування прозорих активних середовищ використовує імпульси світла від зовнішнього джерела.

Електророзрядними накачування газових активних середовищ використовує електричний розряд.

Инжекционная накачування напівпровідникових активних середовищ використовує електричний струм.

Хімічна накачування активного середовища з суміші газів використовує енергію хімічної реакції між компонентами суміші.

31.3. Принцип дії лазера. типи лазерів

Функціональна схема лазера показана на рис. 31.4. Робоче тіло (активне середовище) представляє собою довгий вузький циліндр, торці якого закриті двома дзеркалами. Одне з дзеркал (1) напівпрозорої. Така система називається оптичним резонатором.

Система накачування переводить частки з основного рівня Е 1 на поглощательная рівень Е3, звідки вони безвипромінювальної переходять на метастабільний рівень Е2, створюючи його інверсно населеність. Після цього починаються спонтанні випромінювальні переходи Е 2 → Е 1 з випусканням монохроматичних фотонів:

Мал. 31.4.Схематичне пристрій лазера

Фотони спонтанного випромінювання, випущені під кутом до осі резонатора, виходять через бічну поверхню і в процесі генерації не беруть участь. Їх потік швидко вичерпується.

Фотони, які після спонтанного випромінювання рухаються уздовж осі резонатора, багаторазово проходять через робоче тіло, відбиваючись від дзеркал. При цьому вони взаємодіють з порушеними частинками, ініціюючи вимушене випромінювання. За рахунок цього відбувається «лавиноподібне» наростання індукованих фотонів, що рухаються в тому ж напрямку. Багаторазово посилений потік фотонів виходить через напівпрозоре дзеркало, створюючи потужний пучок майже паралельних когерентних променів. Фактично лазерне випромінювання породжується першимспонтанним фотоном, який рухається уздовж осі резонатора. Це і забезпечує когерентність випромінювання.

Таким чином, лазер перетворює енергію джерела накачування в енергію монохроматичного когерентного світла. Ефективність такого перетворення, тобто ККД, залежить від типу лазера і лежить в діапазоні від часток відсотка до декількох десятків відсотків. У більшості лазерів ККД становить 0,1-1%.

типи лазерів

Перший створений лазер (1960) використовував як робоче тіло рубін і оптичну систему накачування. Рубін - це кристалічна окис алюмінію А1 2 О 3, яка містить близько 0,05% атомів хрому (саме хром надає рубіну рожевий колір). Атоми хрому, впроваджені в кристалічну решітку, є активним середовищем

з конфігурацією енергетичних рівнів, зображеної на рис. 31.3. Довжина хвилі випромінювання рубінового лазера дорівнює λ = 694,3 нм. Потім з'явилися лазери, що використовують інші активні середовища.

Залежно від типу робочого тіла лазери діляться на газові, твердотільні, рідинні, напівпровідникові. У твердотільних лазерах активний елемент зазвичай виготовляється у вигляді циліндра, довжина якого багато більше його діаметра. Газові і рідкі активні середовища поміщають в циліндричну кювету.

Залежно від способу накачування можна отримати безперервну і імпульсну генерацію лазерного випромінювання. При безперервної системі накачування інверсія населеності підтримується тривалий час за рахунок зовнішнього джерела енергії. Наприклад, безперервне збудження електричним розрядом в газовому середовищі. При імпульсної системі накачування інверсія населеності створюється в імпульсному режимі. Частота проходження імпульсів від 10 -3

Гц до 10 3 Гц.

31.4. Особливості лазерного випромінювання

Лазерне випромінювання за своїми властивостями значно відрізняється від випромінювання звичайних джерел світла. Відзначимо його характерні риси.

1. Когерентність.випромінювання є висококогерентним,що обумовлено властивостями вимушеного випромінювання. При цьому має місце не тільки тимчасова, а й просторова когерентність: різниця фаз в двох точках площини, перпендикулярної напрямку поширення, зберігається незмінною (рис. 31.5, а).

2. Коллімірованіе.Лазерне випромінювання є коллімірованним,тобто всі промені в пучку майже паралельні один одному (рис. 31.5, б). На великій відстані лазерний пучок лише незначно збільшується в діаметрі. Так як кут розходження φ малий, то інтенсивність лазерного пучка слабо зменшується з відстанню. Це дозволяє передавати сигнали на великі відстані при малому ослабленні їх інтенсивності.

3. Монохроматичність.Лазерне випромінювання є в високого ступеня монохроматическим,тобто містить хвилі практично однаковою частоти (ширина спектральної лінії складає Δλ ≈0,01 нм). на

малюнку 31.5, в наведено схематичне порівняння ширини лінії лазерного променя і променя звичайного світла.

Мал. 31.5.Когерентність (а), коллімірованіе (б), монохроматичность (в) лазерного випромінювання

До появи лазерів випромінювання з деяким ступенем монохроматичности вдавалося отримати за допомогою приладів - монохроматоров, що виділяють із суцільного спектра вузькі спектральні інтервали (вузькі смуги довжин хвиль), проте потужність світла в таких смугах мала.

4. Висока потужність.За допомогою лазера можна забезпечити дуже високу потужність монохроматичноговипромінювання - до 10 5 Вт в безперервному режимі. Потужність імпульсних лазерів на кілька порядків вище. Так, неодимовий лазер генерує імпульс з енергією Е = 75 Дж, тривалість якого t = 3х10 -12 с. Потужність в імпульсі дорівнює Р = Е / t = 2,5х10 13 Вт (для порівняння: потужність ГЕС становить Р ~ 10 9 Вт).

5. Висока інтенсивність.В імпульсних лазерах інтенсивність лазерного випромінювання дуже висока і може досягати I = 10 14 -10 16 Вт / см 2 (пор. Інтенсивність сонячного світла поблизу земної поверхні I = 0,1 Вт / см 2).

6. Висока яскравість.У лазерів, що працюють у видимому діапазоні, яскравістьлазерного випромінювання (сила світла з одиниці поверхні) дуже велика. Навіть найслабші лазери мають яскравість 10 15 кд / м 2 (для порівняння: яскравість Сонця L ~ 10 9 кд / м 2).

7. Тиск.При падінні лазерного променя на поверхню тіла створюється тиск(Д). При повному поглинанні лазерного випромінювання, що падає перпендикулярно поверхні, створюється тиск Д = I / c, де I-інтенсивність випромінювання, з - швидкість світла у вакуумі. При повному відображенні величина тиску в два рази більше. Для інтенсивності I = 10 14 Вт / см 2 = 10 18 Вт / м 2; Д = 3,3х10 9 Па = 33 000 атм.

8. Поляризованность.Лазерне випромінювання повністю поляризоване.

31.5. Характеристики лазерного випромінювання, яке застосовується в медицині

Довжина хвилі випромінювання

Довжини хвиль випромінювання (λ) медичних лазерів лежать в діапазоні 0,2 -10 мкм, тобто від ультрафіолетової до далекої інфрачервоної області.

потужність випромінювання

Потужність випромінювання (P) медичних лазерів варіюється в широких межах, визначених цілями застосування. У лазерів з безперервною накачуванням Р = 0,01-100 Вт. Імпульсні лазери характеризуються потужністю в імпульсі Р і і тривалістю імпульсу τ і

Для хірургічних лазерів Р і = 10 3 -10 8 Вт, а тривалість імпульсу т і = 10 -9 -10 -3 с.

Енергія в імпульсі випромінювання

Енергія одного імпульсу лазерного випромінювання (Е і) визначається співвідношенням Е і = Р і -т і, де т і - тривалість імпульсу випромінювання (зазвичай т і = 10 -9 -10 -3 с). Для хірургічних лазерів Е і = 0,1-10 Дж.

Частота проходження імпульсів

Ця характеристика (f) імпульсних лазерів показує кількість імпульсів випромінювання, що генеруються лазером за 1 с. Для терапевтичних лазерів f = 10-3 000 Гц, для хірургічних f = 1-100 Гц.

Середня потужність випромінювання

Ця характеристика (Р ср) імпульсно-періодичних лазерів показує, яку енергію лазер випромінює за 1 с, і визначається наступним співвідношенням:

Інтенсивність (щільність потужності)

Ця характеристика (I) визначається як відношення потужності лазерного випромінювання до площі поперечного перерізу пучка. Для безперервних лазерів I = P / S. У разі імпульсних лазерів розрізняють інтенсивність в імпульсі I і = P і / S і середню інтенсивність I ср = Р ср / S.

Інтенсивність хірургічних лазерів і тиск, що створюється їх випромінюванням, мають таке значення:

для безперервних лазерів I ~ 10 3 Вт / см 2, Д = 0,033 Па;

для імпульсних лазерів I і ~ 10 5 -10 11 Вт / см 2, Д = 3,3 - 3,3х10 6 Па.

Щільність енергії в імпульсі

Ця величина (W) характеризує енергію, яка припадає на одиницю площі опромінюваної поверхні за один імпульс і визначається співвідношенням W = E і / S, де S (см2) - площа світлового плями (тобто поперечного перерізу лазерного променя) на поверхні биоткани. У лазерів, що використовуються в хірургії, W ≈ 100 Дж / см 2.

Параметр W можна розглядати як дозу опромінення D за 1 імпульс.

31.6. Зміни властивостей тканини і її температури під дією безперервного потужного лазерного випромінювання

Зміна температури і властивостей тканини

під дією безперервного лазерного випромінювання

Поглинання потужного лазерного випромінювання біологічною тканиною супроводжується виділенням теплоти. Для розрахунку теплоти, що виділяється використовують спеціальну величину - об'ємну щільність теплоти(Q).

Виділення теплоти супроводжується підвищенням температури і в тканинах протікають наступні процеси:

при 40-60 ° С мають місце активація ферментів, утворення набряків, зміна і в залежності від часу дії загибель клітин денатурація протеїну, початок коагуляції і некрози;

при 60-80 ° С - денатурація колагену, дефектимембран; при 100 ° С - зневоднення, випарювання тканинної рідини; понад 150 ° С - обвуглювання;

понад 300 ° С - випарювання тканини, газоутворення. Динаміка протікання цих процесів зображена на рис. 31.6.

Мал. 31.6.Динаміка зміни температури тканини під впливом безперервного лазерного випромінювання

1 фаза.Спочатку температура тканини підвищується від 37 до 100 ° С. У цьому діапазоні температур термодинамічні властивості тканини залишаються практично незмінними, і відбувається лінійне зростання температури з часом (α = const і I = const).

2 фаза.При температурі 100 ° С починається випарювання тканинної рідини, і до закінчення цього процесу температура залишається постійною.

3 фаза.Після випаровування води температура знову починає рости, але повільніше, ніж на ділянці 1, так як зневоднена тканину поглинає енергію слабкіше нормальної.

4 фаза.Після досягнення температури Т ≈ 150 ° С починається процес обвуглювання і, отже, «почорніння» биоткани. При цьому коефіцієнт поглинання α зростає. Тому спостерігається нелінійний, що прискорюється з часом зростання температури.

5 фаза.Після досягнення температури Т ≈ 300 ° С починається процес випаровування збезводненої обвугленою биоткани і зростання температури знову припиняється. Саме в цей момент лазерний промінь розсікає (видаляє) тканину, тобто стає скальпелем.

Ступінь підвищення температури залежить від глибини залягання тканини (рис. 31.7).

Мал. 31.7.Процеси, які відбуваються в опромінюваних тканинах на різній глибині: а- в поверхневому шарі тканину нагрівається до кількох сотень градусів і випаровується; б- потужність випромінювання, ослабленого верхнім шаром, недостатня для випаровування тканини. Відбувається коагуляція тканини (іноді спільно з обугливанием - чорна жирна лінія); в- відбувається нагрівання тканини внаслідок передачі теплоти з зони (Б)

Протяжності окремих зон визначаються як характеристиками лазерного випромінювання, так і властивостями самої тканини (в першу чергу коефіцієнтами поглинання і теплопровідності).

Вплив потужного сфокусованого пучка лазерного випромінювання супроводжується і виникненням ударних хвиль, які можуть стати причиною механічного пошкодження прилеглих тканин.

Абляція тканини під впливом потужного імпульсного лазерного випромінювання

При впливі на тканину коротких імпульсів лазерного випромінювання з високою щільністю енергії реалізується інший механізм розсічення і видалення биоткани. В цьому випадку відбувається дуже швидке нагрівання тканинної рідини до температури Т> Т кип. При цьому тканинна рідина виявляється в метастабільних перегрітому стані. Потім відбувається «вибуховий» закипання тканинної рідини, яке супроводжується видаленням тканини без обвуглювання. Це явище називається абляцией.Абляція супроводжується генерацією механічних ударних хвиль, здатних викликати механічне пошкодження тканин в околицях зони лазерного впливу. Цей факт необхідно враховувати при виборі параметрів імпульсного лазерного випромінювання, наприклад при шліфуванні шкіри, свердління зубів або при лазерної корекції гостроти зору.

31.7. Використання лазерного випромінювання в медицині

Процеси, що характеризують взаємодію лазерного випромінювання (ЛВ) з біооб'єктами, можна розділити на 3 групи:

невозмущающее вплив(Що не надає помітного дії на біооб'єкт);

фотохімічні дію(Збуджена лазером частка яких сама бере участь у відповідних хімічних реакціях, або передає своє збудження інший частці, яка бере участь в хімічній реакції);

фоторазрушеніе(За рахунок виділення тепла або ударних хвиль).

лазерна діагностика

Лазерна діагностика являє собою невозмущающее вплив на біооб'єкт, що використовує когерентністьлазерного випромінювання. Перелічимо основні методи діагностики.

Інтерферометрія.При відображенні лазерного випромінювання від шорсткою поверхні виникають вторинні хвилі, які інтерферують між собою. В результаті утворюється картина темних і світлих плям (спеклів), розташування яких дає інформацію про поверхні біооб'єкту (метод спеклоінтерферометріі).

Голографія.За допомогою лазерного випромінювання отримують 3-мірне зображення об'єкта. У медицині цей метод дозволяє отримувати об'ємні зображення внутрішніх порожнин шлунка, очі і т.д.

Розсіювання світла.При проходженні гостроспрямованої лазерного пучка через прозорий об'єкт відбувається розсіювання світла. Реєстрація кутовий залежності інтенсивності розсіяного світла (метод нефелометрії) дозволяє визначати розміри частинок середовища (від 0,02 до 300 мкм) і ступінь їх деформації.

При розсіянні може змінюватися поляризація світла, що також використовується в діагностиці (метод поляризаційної нефелометрії).

Ефект Доплера.Цей метод заснований на вимірюванні доплерівського зсуву частоти ЧИ, який виникає при відображенні світла навіть від повільно рухаються часток (метод аненометріі). Таким способом вимірюється швидкість кровотоку в судинах, рухливість бактерій і т.д.

Квазіпружної розсіювання.При такому розсіянні відбувається незначна зміна довжини хвилі зондуючого ЧИ. Причина цього - зміна в процесі вимірювання розсіюють властивостей (конфігурації, конформації частинок). Тимчасові зміни параметрів розсіює поверхні виявляються в зміні спектра розсіювання в порівнянні зі спектром подає випромінювання (спектр розсіювання або уширяется, або в ньому з'являються додаткові максимуми). Даний метод дозволяє отримувати інформацію про мінливих характеристиках розсіювачів: коефіцієнті дифузії, швидкості спрямованого транспорту, розмірах. Так здійснюється діагностика макромолекул білків.

Лазерна мас-спектроскопія.Цей метод використовують для дослідження хімічного складуоб'єкта. Потужні пучки лазерного випромінювання випаровують речовина з поверхні біооб'єкту. Пари піддають мас-спектрального аналізу, за результатами якого судять про склад речовини.

Лазерний аналіз крові.Лазерний промінь, що пропускається через вузький кварцовий капіляр, по якому прокачується спеціально оброблена кров, викликає флуоресценцію її клітин. Флуоресцентне світіння потім вловлюється чутливим датчиком. Це свічення специфічно для кожного типу клітин, що проходять поодинці через перетин лазерного променя. Підраховується загальна кількість клітин в заданому обсязі крові. Визначаються точні кількісні показники по кожному типу клітин.

Метод фоторазрушенія.Його використовують для дослідження поверхневого складуоб'єкта. Потужні пучки ЧИ дозволяють брати мікропроб з поверхні біооб'єктів шляхом випаровування речовини і подальшого мас-спектрального аналізу цього пара.

Використання лазерного випромінювання в терапії

У терапії використовуються низкоинтенсивние лазери (інтенсивність 0,1-10 Вт / см 2). Низькоінтенсивне випромінювання не викликає помітного деструктивної дії на тканини безпосередньо під час опромінення. У видимій і ультрафіолетовій областях спектру ефекти опромінення обумовлені реакціями і не відрізняються від ефектів, що викликаються монохроматическим світлом, отриманим від звичайних некогерентних джерел. У цих випадках лазери є просто зручними монохроматичними джерелами світла, обеспечи-

Мал. 31.8.Схема застосування лазерного джерела для внутрішньосудинного опромінення крові

вающими точну локалізацію і дозування впливу. Як приклад на рис. 31.8 наведена схема використання джерела лазерного випромінювання для внутрішньосудинного опромінення крові у хворих з серцевою недостатністю.

Нижче вказані найбільш поширені методи лазеротерапії.

Терапія за допомогою червоного світла.Випромінювання Ні-Ne лазера з довжиною хвилі 632,8 нм використовується з протизапальною метою для лікування ран, виразок, ішемічної хвороби серця. Лікувальний ефект пов'язаний з впливом світла цієї довжини хвилі на проліферативну активність клітини. Світло виступає в ролі регулятора клітинного метаболізму.

Терапія за допомогою синього світла.Лазерне випромінювання з довжиною хвилі в синій області видимого світла використовується, наприклад, для лікування жовтяниці новонароджених. Це захворювання - наслідок різкого зростання в організмі концентрації білірубіну, який має максимум поглинання в синій області. Якщо опромінювати дітей лазерним випромінюванням такого діапазону, то білірубін розпадається, утворюючи водорозчинні продукти.

Лазерофізіотерапія -використання лазерного випромінювання при поєднанні з різними методами електрофізіотерапія. Деякі лазери мають магнітні насадки для поєднаної дії лазерного випромінювання та магнітного поля - магнітолазеротерапії. До них відноситься магніто-інфрачервоний лазерний терапевтичний апарат «Мільто».

Ефективність лазеротерапії збільшується при одночасному впливі з лікарськими речовинами, попередньо нанесеними на опромінюється зону (лазерофорез).

Фотодинамічна терапія пухлин.Фотодинамічна терапія (ФДТ) використовується для видалення пухлин, доступних для опромінення світлом. ФДТ заснована на застосуванні локалізуються в пухлинах фотосенсибилизаторов, що підвищують чутливість тканин при їх

подальшому опроміненні видимим світлом. Руйнування пухлин при ФДТ засноване на трьох ефектах: 1) пряме фотохімічні знищення клітин пухлини; 2) пошкодження кровоносних судин пухлини, що призводить до ішемії і загибелі пухлини; 3) виникнення запальної реакції, мобілізуючою протипухлинну імунну захист тканин організму.

Для опромінення пухлин, що містять фотосенсибілізатори, використовується лазерне випромінювання з довжиною хвилі 600-850 нм. У цій області спектра глибина проникнення світла в біологічні тканини максимальна.

Фотодинамічна терапія застосовується при лікуванні пухлин шкіри, внутрішніх органів: легенів, стравоходу (при цьому до внутрішніх органів лазерне випромінювання доставляється за допомогою світловодів).

Використання лазерного випромінювання в хірургії

У хірургії високоінтенсивні лазери використовуються для розсічення тканин, видалення патологічних ділянок, зупинки кровотечі, зварювання биотканей. Вибираючи належним чином довжину хвилі випромінювання, його інтенсивність і тривалість впливу, можна отримувати різні хірургічні ефекти. Так, для розрізання біологічних тканин використовується сфокусований промінь безперервного СО 2-лазера, що має довжину хвилі λ = 10,6 мкм, потужність 2х10 3 Вт / см 2.

Застосування лазерного променя в хірургії забезпечує виборче і контрольоване вплив. Лазерна хірургія має ряд переваг:

Безконтактність, що дає абсолютну стерильність;

Селективність, що дозволяє вибором довжини хвилі випромінювання дозовано руйнувати патологічні тканини, не зачіпаючи навколишні здорові тканини;

Безкровність (за рахунок коагуляції білків);

Можливість мікрохірургічних впливів, завдяки високому ступеню фокусування променя.

Зазначимо деякі області хірургічного застосування лазерів.

Лазерне зварювання тканин.З'єднання розсічених тканин являє собою необхідний етап багатьох операцій. На малюнку 31.9 показано, як зварювання одного зі стовбурів великого нерва здійснюється в контактному режимі з використанням припою, який

Мал. 31.9.Зварювання нерва за допомогою лазерного променя

краплями з піпетки подається за місцем лазірованія.

Руйнування пігментованих ділянок.Лазери, що працюють в імпульсному режимі, використовуються для руйнування пігментованих ділянок. даний метод (Фототермоліз)використовується для лікування ангиом, татуювань, склеротичних бляшок у кровоносних судинах і т.п.

Лазерна ендоскопія.Впровадження ендоскопії справило корінний переворот в оперативній медицині. Щоб уникнути великих відкритих операцій, лазерне випромінювання доставляється до місця впливу за допомогою волоконно-оптичних світловодів, які дозволяють підводити лазерне випромінювання до біотканинах внутрішніх порожнистих органів. При цьому значно знижується ризик інфікування і виникнення післяопераційних ускладнень.

Лазерний пробій.Короткоімпульсних лазери в поєднанні зі световодами застосовують для видалення бляшок в судинах, каменів в жовчному міхурі і нирках.

Лазери в офтальмології.Використання лазерів в офтальмології дозволяє виконувати безкровні оперативні втручання без порушення цілісності очного яблука. Це операції на склоподібному тілі; приварювання відшарувалася сітківки; лікування глаукоми шляхом «проколювання» лазерним променем отворів (діаметром 50 ÷ 100 мкм) для відтоку внутрішньоочної рідини. Пошарова абляція тканин рогівки застосовується при корекції зору.

31.8. Основні поняття і формули

закінчення таблиці

31.9. завдання

1. У молекулі фенілаланіну різниця енергій в основному і збудженому станах становить ДЕ = 0,1 еВ. Знайти співвідношення між заселення цих рівнів при Т = 300 К.

відповідь: n = 3,5 * 10 18.

Лазери і випромінювання від них використовується людством вже досить давно. Крім медичного середовища експлуатації подібні пристрої набули широкого застосування в технічних галузях промисловості. Взяли їх на озброєння фахівці з області декорування і створення спецефектів. Тепер жодне масштабне шоу не обходиться без сцени з лазерними променями.

Трохи пізніше таке випромінювання перестало приймати тільки промислові форми і стало зустрічатися в побуті. Але не всі знають, як відбивається вплив лазерного випромінювання на організм людини при регулярному і періодичному опроміненні.

Що таке лазерне випромінювання?

Лазерне випромінювання народжується за принципом створення світла. В обох випадках використовуються атоми. Але в ситуації з лазерами присутні інші фізичні процеси, і простежується вплив електромагнітного поля зовнішнього типу. Через це вчені називають випромінювання від лазерів вимушеним або стимульованим.

У термінології фізики лазерним випромінюванням називають електромагнітні хвилі, які розповсюджуються майже паралельно по відношенню один до одного. Через це лазерний промінь відрізняється гострою спрямованістю. Крім цього такий промінь володіє невеликим кутом розсіювання спільно з величезною інтенсивністю впливу на поверхню, яку опромінюють.

Головною відмінністю лазера від стандартної лампи розжарювання вважається спектральний діапазон. Лампа числиться рукотворним джерелом світла, який випромінює електромагнітні хвилі. Спектр освітлення у класичній лампи становить майже 360 градусів.

Вплив лазерного опромінення на все живе

Всупереч стереотипам, вплив лазерного випромінювання на організм людини не завжди має на увазі щось негативне. Через повсюдного використання квантових генераторів в різних життєвих сферах вчені вирішили задіяти можливості узконаправленного променя в медицині.

В ході численних досліджень стало зрозуміло, що лазерне опромінення має кілька характерних властивостей:

Пошкодження від лазера можуть проводитися не тільки в процесі прямого впливу на організм з апарату. Завдати шкоди може навіть розсіяне опромінення або відбиті промені.
Між ступенем ураження і основними параметрами електромагнітної хвилі простежується прямий зв'язок. Також на тяжкість ураження впливає розташування облученной тканини.
Негативний ефект при поглинанні тканинами енергії може виражатися в тепловому або світловому впливі.

Але ось послідовність при ураженні лазером завжди передбачає ідентичний біологічний принцип:

підвищення температури, яке супроводжується опіком;
закипання межтканевой і клітинної рідин;
освіту пара, що створює вагомий тиск;
вибух і ударна хвиля, що руйнують все тканини поблизу.

Найчастіше неправильно використаний лазерний випромінювач несе, в першу чергу, загрозу для шкірних покривів. Якщо вплив був особливо сильним, то шкіра буде виглядати набряку, зі слідами численних крововиливів. Також на тілі будуть зустрічатися великі ділянки відмерлих клітин.

Зачіпає таке опромінення і внутрішні тканини. Але при масштабних внутрішніх ураженнях розсіяне вплив променями не так сильно, як пряме або відбите дзеркально. Подібні пошкодження гарантуватимуть патологічні зміни у функціонуванні різних систем організму.

Шкірний покрив, який страждає найбільше, є захистом внутрішніх органів кожної людини. Через це він бере велику частину негативного впливу на себе. Залежно від різних ступенів ураження на шкірі будуть проявлятися почервоніння або простежуватися некроз.

Дослідники прийшли до висновку, що люди з темною шкірою менш сприйнятливі до глибинних поразок через лазерного опромінення.

Схематично все опіки можна розділити на чотири ступені незалежно від пігментації:

I ступінь. Має на увазі стандартні опіки епідермісу.
II ступінь. Включає опіки дерми, що виражається в утворенні характерних бульбашок поверхневого шару шкіри.
III ступінь. Грунтується на глибинних опіках дерми.
IV ступінь. Найнебезпечніша ступінь, яка відрізняється деструкцією всієї товщини шкіри. Поразка охоплює підшкірну клітковину, а також сусідні до неї шари.

Лазерні ураження очей

На другому місці в негласному рейтингу можливого негативного впливу лазера на організм людини знаходяться ураження органів зору. Короткі лазерні імпульси здатні за невеликий проміжок часу вивести з ладу:

сітківку,
рогівку,
райдужну оболонку,
кришталик.

Причин для подібного впливу існує кілька. Основними з них виступають:

Неможливість вчасно зреагувати. Через те що тривалість імпульсу становить не більше 0,1 секунди, людина не встигає моргнути. Через це очей залишається незахищеним.
Легка вразливість. За своїми особливостями кришталик і рогівка вважаються самі по собі уразливими органами.
Оптична очна система. Через фокусування лазерного випромінювання на очному дні, точка опромінення при попаданні на посудину сітківки здатна закупорити його. Так як там немає больових рецепторів, то ушкодження виявити миттєво не вийде. Тільки після того як випалена територія стає більше, людина помічає відсутність частини зображення.

Щоб швидше зорієнтуватися при потенційному ураженні, експерти радять прислухатися до таких симптомів:

спазми вік,
набряк повік,
больові відчуття,
крововилив в сітківці,
помутніння.

Небезпеки додає той факт, то пошкоджені лазером клітини сітківки втрачають можливість відновитися. Так як інтенсивність опромінення, що впливає на органи зору нижче, ніж ідентичний поріг для шкіри, лікарі закликають до обережності.

Слід остерігатися інфрачервоних лазерів різного типу, А також приладів, які генерують випромінювання з потужністю понад 5 мвт. Поширюється правило на техніку, яка видає промені видимого спектру.

Взаємозв'язок між лазерної хвилею і її сферою застосування

Кожна з областей застосування лазерного випромінювання орієнтується на строго певний показник довжини хвилі.

Даний показник безпосередньо залежить від природи. Вірніше, від електронної будови робочого тіла. Це означає, що відповідальною за довжину хвилі виступає середовище, де відбувається генерація її випромінювання.

У світі є різні видитвердотільних і газових лазерів. Задіяні промені повинні належати до одного з трьох найбільш поширених типів:

видимий,
ультрафіолетовий,
інфрачервоний.

При цьому робочий діапазон опромінення може коливатися від 180 нм до 30 МНМ.

Особливості впливу лазера на людський організм базуються на довжині хвилі. Так, наприклад, людина швидше реагує на зелений лазер, ніж на червоний. Останній не відрізняється безпекою для всього живого. Причина криється в тому, що наш зір майже в 30 разів промені сприймає зелений, ніж червоний колір.

Як захиститися від лазера?

У більшості випадків захист від лазерного випромінювання потрібна тим людям, чия робота тісно пов'язана з його постійним використанням. Якщо підприємство має на своєму балансі будь-який тип квантового генератора, то його керівники обов'язково проводять інструктаж своїх співробітників.

Експерти розробили окрему зведення правил поведінки і безпеки, які дозволять захистити співробітника від можливих наслідківвипромінювання. Головним правилом виступає наявність засобів індивідуального захисту. Причому подібні засоби можуть разюче відрізнятися в залежності від прогнозованої ступеня небезпеки.

Всього в міжнародній класифікації передбачено поділ на чотири класи небезпеки. Відповідне маркування повинен вказати виробник. Тільки перший клас вважається відносно безпечним навіть для органів зору.

До другого класу належать випромінювання прямого типу, які вражають органи очей. Також до представленої категорії зараховане дзеркальне відображення.

Набагато небезпечніше випромінювання третього класу. Його прямий вплив загрожує очам. Не менш небезпечно відбите випромінювання дифузного типу на відстані 10 см від поверхні. Шкірні поразки будуть відбуватися не тільки при прямому впливі, але і при дзеркально відбитому.

При четвертому класі страждає і шкіра, і очі при різних форматах впливу.

До колективних захисних заходів на виробництві зараховують:

спеціальні кожухи,
захисні екрани,
світловоди,
інноваційні методи спостереження,
сигналізації,
блокування.

З відносно примітивних, але дієвих способів виділяють огорожу зони, де проводиться опромінення. Це дозволить захистити працівників від випадкового опромінення з необережності.

Також на особливо небезпечних підприємствах обов'язково використовувати засоби індивідуального захисту співробітників. Вони мають на увазі під собою особливий комплект спецодягу. Не обійтися під час роботи і без носіння окулярів, які передбачають захисне покриття.

Лазерні гаджети і їх випромінювання

Багато хто не підозрює про те, наскільки серйозними можуть бути наслідки безконтрольної експлуатації саморобних пристроїв з лазерним принципом. Стосується це саморобних конструкцій на кшталт лазерних:

світильників,
вказівок,
ліхтариків.

Особливо це стосується старшокласників, які прагнуть провести ряд дослідів, не маючи уявлення про правила безпеки при їх конструюванні.

Використовувати лазери домашнього виробництва в приміщеннях, де присутні люди, неприпустимо. Також не можна направляти промені на скла, металеві пряжки та інші предмети, які можуть давати відблиски.

Навіть якщо промінь відрізняється невеликою інтенсивністю, він може привести до трагедії. Якщо навести лазер на очі водія під час активного руху, то він може осліпнути і не впоратися з керуванням.

Ні в якому разі не можна заглядати в об'єктив лазерного джерела випромінювання. Окремо варто враховувати те, що окуляри для роботи з лазером повинні бути розраховані на ту довжину хвилі, яку будуть генерувати вибрані апарати.

Щоб не допустити серйозної трагедії доктора просять прислухатися до цих рекомендацій і дотримуватися їх завжди.

Саме слово «лазер», це абревіатура від англійського "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", що означає «посилення світла за допомогою індукованого випромінювання».

Відлік доби лазерної медицини почався більш підлозі століття назад, коли в 1960 р, Теодор Мейман вперше використав в клініці рубіновийлазер.

За рубіновим пішли інші лазери: 1961 г. - лазер на иттриево-алюмінієвому гранаті з неодимом (Nd: YAG); 1962 г. - аргоновий; 1964 г. - лазер на діоксиді вуглецю (СО 2).

У 1965 р Леон Голдман повідомив про використання рубінового лазера для видалення татуювань. Надалі, аж до 1983 р, робилися різні спроби використання неодимового і аргонового лазерів для лікування судинних патологій шкіри. Але їх застосування було обмежено високим ризиком утворення рубців.

У 1983 р в журналі Science Рокс Андерсон і Джон Перріш опублікували розроблену ними концепцію селективного фототермоліза (СФТ), що призвело до революційних змін в лазерної медицини та дерматології. Дана концепція дозволила краще зрозуміти процеси взаємодії лазерного випромінювання з тканиною. Це, в свою чергу, полегшило розробку і виробництво лазерів для медичного застосування.

Особливості лазерного випромінювання

Три властивості, властиві лазерному випромінюванню роблять його унікальним:

Когерентність.Піки і спади хвиль розташовуються паралельно і збігаються по фазі в часі і просторі.
Монохромність.Світлові хвилі, які випромінює лазером, мають однакову довжину, саме ту, яка передбачена використовуваної в лазері середовищем.
Колімація.Хвилі в промені світла зберігають паралельність, не розходяться, і промінь переносить енергію практично без втрат.

Способи взаємодії лазерного випромінювання з шкірою

Методи лазерної хірургії застосовуються для маніпуляцій на шкірі набагато частіше, ніж на будь-яких інших тканинах. Це пояснюється, по-перше, винятковою різноманітністю і поширеністю шкірної патології і різних косметичних дефектів, а по-друге, відносною простотою виконання лазерних процедур, що пов'язано з поверхневим розташуванням об'єктів, які потребують лікування. В основі взаємодії лазерного світла з тканинами лежать оптичні властивості тканин і фізичні властивості лазерного випромінювання. Розподіл світла, що потрапив на шкіру, можна розділити на чотири взаємопов'язані процеси.

Відображення.Близько 5-7% світла відбиваються на рівні рогового шару.

Поглинання (абсорбція).Описується законом Бугера - Ламберта - Бера. Поглинання світла, що проходить крізь тканину, залежить від його вихідної інтенсивності, товщини шару речовини, через яке проходить світло, довжини хвилі світла, що поглинається і коефіцієнта поглинання. Якщо світло не поглинається, ніякого його впливу на тканини не відбувається. Коли фотон поглинається молекулою-мішенню (хромофором), вся його енергія передається цій молекулі. Найважливішими ендогенними хромофорами є меланін, гемоглобін, вода і колаген. До екзогенних хромофорам відносяться барвники для татуювань, а також частки бруду, насичені при травмі.

Розсіювання.Цей процес обумовлений головним чином колагеном дерми. Важливість явища розсіювання полягає в тому, що воно швидко зменшує щільність потоку енергії, доступної для поглинання хромофором-мішенню, а, отже, і клінічне вплив на тканини. Розсіювання знижується зі збільшенням довжини хвилі, роблячи більш довгі хвилі ідеальним засобом доставки енергії в глибокі шкірні структури.

Проникнення.Глибина проникнення світла в підшкірні структури, як і інтенсивність розсіювання, залежить від довжини хвилі. Короткі хвилі (300-400 нм) інтенсивно розсіюються і не проникають глибше 100 мкм . А хвилі більшої довжини проникають глибше, так як розсіюються менше .

Основними фізичними параметрами лазера, що визначають вплив квантової енергії на ту чи іншу біологічну мішень, є довжина генерується хвилі і щільність потоку енергії і час впливу.

Довжина генерується хвилі.Довжина хвилі випромінювання лазера порівнянна зі спектром поглинання найважливіших тканинних хромофоров (рис. 2). При виборі цього параметра обов'язково слід враховувати глибину розташування структури-мішені (хромофора), оскільки розсіювання світла в дермі істотно залежить від довжини хвилі (рис. 3). Це означає, що довгі хвилі поглинаються слабше, ніж короткі; відповідно, їх проникнення в тканини глибше. Необхідно також враховувати і неоднорідність спектрального поглинання тканинних хромофоров:

меланінв нормі міститься в епідермісі і волосяних фолікулах. Спектр його поглинання лежить в ультрафіолетовому (до 400 нм) і видимому (400 - 760 нм) діапазонах спектру. Поглинання меланіном лазерного випромінювання поступово зменшується в міру збільшення довжини хвилі світла. Ослаблення поглинання настає в ближній інфрачервоній області спектра від 900 нм.
гемоглобінміститься в еритроцитах. Він має безліч різних піків поглинання. Максимуми спектра поглинання гемоглобіну лежать в області УФ-А (320-400 нм), фіолетовому (400 нм), зеленому (541 нм) і жовтому (577 нм) діапазонах.
колагенстановить основу дерми. Спектр поглинання колагену знаходиться у видимому діапазоні від 400 нм до 760 нм і ближньої інфрачервоної області спектра від 760 до 2500нм.
водаскладає до 70% дерми. Спектр поглинання води лежить в середній (2500 - 5000 нм) і далекого (5000 - 10064 нм) інфрачервоної областях спектра.

Щільність потоку енергії.Якщо довжина хвилі світла впливає на глибину, на якій відбувається його поглинання тих чи інших хромофором, то для безпосереднього пошкодження структури-мішені важливі величина енергії лазерного випромінювання і потужність, яка визначає швидкість надходження цієї енергії. Енергія вимірюється в джоулях (Дж), потужність - у ВАТ (Вт, або Дж / с). На практиці ці параметри випромінювання зазвичай використовуються в перерахунку на одиницю площі - щільність потоку енергії (Дж / см 2) і швидкість потоку енергії (Вт / см 2), або щільність потужності.

Види лазерних втручань в дерматології

Всі види лазерних втручань в дерматології можуть бути умовно поділені на два типи:

I тип. Операції, в ході яких проводять абляцию ділянки ураженої шкіри, включаючи епідерміс.
II тип. Операції, націлені на вибіркове видалення патологічних структур без порушення цілісності епідермісу.

I тіп.Абляція.
Цей феномен являє собою одну з фундаментальних, інтенсивно вивчаються, хоча ще й не до кінця вирішених проблем сучасної фізики.
Термін «абляція» перекладається на російську мову як видалення або ампутація. У немедичною лексиці це слово означає розмивання або танення. У лазерної хірургії під абляцией розуміють ліквідацію ділянки живої тканини безпосередньо під дією на неї фотонів лазерного випромінювання. При цьому мається на увазі ефект, що виявляється саме в ході самої процедури опромінення, на відміну від ситуації (наприклад, при фотодинамічної терапії), коли опромінений ділянку тканини після припинення лазерного впливу залишається на місці, а його поступова ліквідація настає пізніше в результаті серії місцевих біологічних реакцій, що розвиваються в зоні опромінення.

Енергетичні характеристики і продуктивність абляції визначаються властивостями об'єкта, що опромінюється, характеристиками випромінювання та параметрами, нерозривно зв'язують властивості об'єкта і лазерного променя, - коефіцієнтами відображення, поглинання і розсіювання даного виду випромінювання в даному виді тканини або її окремих складових. До властивостей об'єкта, що опромінюється відносяться: співвідношення рідкого і щільного компонентів, їх хімічні та фізичні властивості, характер внутрішньо-і міжмолекулярних зв'язків, термічна чутливість клітин і макромолекул, кровопостачання тканини і т. Д. Характеристиками випромінювання - це довжина хвилі, режим опромінення (безперервний або імпульсний), потужність, енергія в імпульсі, сумарна поглинена енергія і т. д.

Найбільш детально механізм абляції досліджений при використанні СО2 лазера (l = 10,6 мкм). Його випромінювання при щільності потужності ³ 50 кВт / см 2 інтенсивно поглинається молекулами тканинної рідини. При таких умовах відбувається швидкий розігрів води, а від неї і наведених компонентів тканини. Наслідком цього є стрімке (вибуховий) випаровування тканинної води (ефект вапоризації) і виверження водяної пари разом з фрагментами клітинних і тканинних структур за межі тканини з формуванням абляціонного кратера. Разом з перегрітою матеріалом з тканини видаляється і бόльшая частина теплової енергії. Уздовж стін кратера залишається вузька смужка розігрітого розплаву, від якого тепло передається на навколишні інтактні тканини (рис. 4). При низькій щільності енергії (рис. 5, А) викид продуктів абляції відносно невеликий, тому значна частина тепла від масивного шару розплаву передається в тканину. При більш високій щільності (рис. 5, Б) спостерігається зворотна картина. При цьому незначні термічні пошкодження супроводжуються механічною травмою тканини за рахунок ударної хвилі. Частина розігрітого матеріалу у вигляді розплаву залишається уздовж стінок абляціонного кратера, причому саме цей шар є резервуаром тепла, переданого в тканину за межі кратера. Товщина цього шару однакова по всьому контуру кратера. З підвищенням щільності потужності вона зменшується, а зі зниженням зростає, що супроводжується відповідно зменшенням або збільшенням зони термічних ушкоджень. Таким чином, підвищуючи потужність випромінювання, ми добиваємося збільшення швидкості видалення тканини, знижуючи при цьому глибину термічного пошкодження.

Область застосування СО2-лазера дуже обширна. У фокусированном режимі он використовується для видалення тканин з одночасною коагуляцією судин. У дефокусірованном режимі за рахунок зменшення щільності потужності виробляється пошарове видалення (вапоризация) патологічної тканини. Саме таким способом ліквідують поверхневі злоякісні і потенційно злоякісні пухлини (базальноклітинний карцинома, актинічний хейліт, ерітроплазія Кейра), ряд доброякісних новоутворень шкірних покривів (ангіофіброма, тріхлеммома, сирингоми, тріхоепітеліома і ін.), Великі опікові струпи, запальні шкірні захворювання (гранульоми, вузликовий хондродерматіт вушної раковини), кісти, інфекційні ураження шкіри (бородавки, рецидивні кондиломи, глибокі мікози), судинні ураження (пиогенная гранульома, Ангіокератома, кільцеподібна лімфангіома), освіти, зумовлюють косметичні дефекти (рінофіма, глибокі рубці після вугрів, епідермальні родимі плями, лентиго, ксантелазма) і ін.

Дефокусірованний промінь СО2-лазера використовують і в суто косметичної процедури - так званої лазерної дермабразії, тобто послойном видаленні поверхневих шарів шкіри з метою омолодження обличчя пацієнта. В імпульсному режимі з тривалістю імпульсу менше 1 мс за один прохід селективно вапорізіруется 25-50 мкмткані; при цьому утворюється тонка зона резидуального термічного некрозу в межах 40-120 мкм. Розміри цієї зони достатні для тимчасової ізоляції дермальних кровоносних і лімфатичних судин, що в свою чергу дозволяє знизити ризик формування рубця.

Оновлення шкіри після лазерної дермабразії обумовлено декількома причинами. Абляція зменшує вираженість зморшок і текстурних аномалій за рахунок поверхневого випаровування тканини, теплової коагуляції клітин в дермі і денатурації екстрацелюлярний матричних білків. Під час процедури відбувається миттєва видима контракция шкіри в межах 20-25% як результат усадки (стиснення) тканини через дегідратації і стиснення колагенових волокон. Наступ відстроченого, але більш тривалого результату відновлення шкіри досягається за рахунок процесів, пов'язаних з реакцією тканин на травму. Після впливу лазером в області сформувалася рани розвивається асептичне запалення. Це стимулює посттравматичний вивільнення факторів росту і інфільтрацію фибробластами. Прийдешня реакція автоматично супроводжується сплеском активності, що неминуче веде до того, що фібробласти починають виробляти більше колагену і еластину. В результаті вапоризації відбувається активація процесів оновлення і кінетики проліферації епідермальних клітин. У дермі запускаються процеси регенерації колагену і еластину з подальшим їх розташуванням в паралельній конфігурації.

Аналогічні події відбуваються при використанні імпульсних лазерів, що випромінюють в ближній і середній інфрачервоній області спектра (1,54-2,94 мкм): ербіевого з діодним накачуванням (l = 1,54 мкм), Туліїв (l = 1,927 мкм), Ho: YSSG (l = 2,09 мкм), Er: YSSG (l = 2,79 мкм), Er: YAG (l = 2,94 мкм). Для перерахованих лазерів характерні дуже високі коефіцієнти поглинання водою. Наприклад, випромінювання Er: YAG-лазера поглинається водомісткими тканинами в 12-18 разів активніше, ніж випромінювання СО 2-лазера. Як і в випадку СО 2-лазера, уздовж стінок абляціонного кратера в тканини, облученной Er: YAG-лазером, утворюється шар розплаву. Слід мати на увазі, що при роботі на біологічні тканини з цим лазером істотне значення для характеру тканинних змін має енергетична характеристика імпульсу, в першу чергу його пікова потужність. Це означає, що навіть при мінімальній потужності випромінювання, але більш тривалому імпульсі різко зростає глибина термонекроза. В таких умовах маса віддалених перегрітих продуктів абляції щодо менше маси залишилися. Це обумовлює глибокі термічні пошкодження навколо абляціонного кратера. У той же час при потужному імпульсі ситуація інша - мінімальні термічні пошкодження навколо кратера при високоефективної абляції. Правда, в цьому випадку позитивний ефект досягається ціною великих механічних пошкоджень тканини ударною хвилею. За один прохід ербіевим лазером відбувається абляція тканини на глибину 25-50 мкм з мінімальним резидуальних термічним ушкодженням. Внаслідок цього процес реепітелізації шкіри значно коротше, ніж після впливу СО 2-лазера.

II тип. Селективну дію.
До операцій цього типу відносяться процедури, в ході яких домагаються лазерного пошкодження певних Внутрідермальний і підшкірних утворень без порушення цілісності шкірного покриву. Ця мета досягається підбором характеристик лазера: довжини хвилі і режиму опромінення. Вони повинні забезпечити поглинання лазерного світла хромофором (пофарбованої структурою-мішенню), що призведе до його руйнування або знебарвлення за рахунок перетворення енергії випромінювання в теплову (фототермоліз), а в деяких випадках і в механічну енергію. Мішенню лазерного впливу можуть бути: гемоглобін еритроцитів, що знаходяться в численних розширених дермальних судинах при винних плямах (PWS); пігмент меланін різних шкірних утворень; вугільні, а також інші, по-різному забарвлені чужорідні частинки, що вводяться під епідерміс при татуюванні або потрапляють туди в результаті інших дій.

Ідеальним селективним впливом можна вважати такий вплив, при якому промені лазера поглинаються лише структурами мішені, а за її межами поглинання відсутня. Для досягнення такого результату фахівця, який вибрав лазер з відповідною довжиною хвилі, залишалося б лише встановити щільність енергії випромінювання і тривалість експозицій (або імпульсів), а також інтервалів між ними. Ці параметри визначають з урахуванням (ВТР) для даної мішені - проміжку часу, за який зросла в момент подачі імпульсу температура мішені опускається на половину її приросту по відношенню до вихідної. Перевищення тривалості імпульсу над значенням ВТР викличе небажаний перегрів тканини навколо мішені. До такого ж ефекту призведе і зменшення інтервалу між імпульсами. В принципі, всі ці умови можуть бути змодельовані математично перед операцією, проте сам склад шкіри не дозволяє в повній мірі скористатися розрахунковими даними. Справа в тому, що в базальному шарі епідермісу знаходяться меланоцити і окремі кратіноціти, які містять меланін. Оскільки цей пігмент інтенсивно поглинає світло у видимій, а також близьких до неї ультрафіолетового й інфрачервоного областях спектру ( «оптичне вікно» меланіну знаходиться в межах від 500 до 1100 нм), будь-який лазерне випромінювання в даному діапазоні буде поглинатися меланіном. Це може привести до термічного пошкодження і загибелі відповідних клітин. Більш того, випромінювання у видимій частині спектру поглинається також цитохромами і флавіновими ферментами (флавопротеїдів) як меланінсодержащіх клітин, так і всіх інших типів клітин епідермісу і дерми. З цього випливає, що при лазерному опроміненні мішені, розташованої під поверхнею шкіри, деякий пошкодження епідермальних клітин стає неминучим. Тому реальна клінічна задача зводиться до компромісного пошуку таких режимів лазерного опромінення, при яких стало б можливим досягати максимального ураження мішені при найменшому пошкодженні епідермісу (з розрахунком на його подальшу регенерацію, головним чином за рахунок сусідніх неопромінених ділянок шкіри).

Дотримання всіх цих умов стосовно конкретної мішені призведе до її максимального пошкодження (розігріву або розпаду) при мінімальному перегрів або механічної травми сусідніх структур.

Так, для опромінення патологічних судин винного плями (PWS) найбільш раціональним є використання лазера з найбільшою довжиною хвилі, відповідної піках светопоглощения гемоглобіну (l = 540, 577, 585 і 595 нм), при тривалості імпульсів порядку мілісекунд, оскільки при цьому поглинання випромінювання меланіном буде незначним (положення 1 теорії селективного фототермоліза). Щодо велика довжина хвилі ефективно забезпечить глибинний прогрів тканини (положення 2), а порівняно тривалий імпульс буде відповідати вельми великим розміраммішені (судини з еритроцитами; положення 3).

Якщо ж метою процедури є ліквідація частинок татуювання, то крім підбору довжини хвилі випромінювання, що відповідає кольору цих частинок, буде потрібно встановити тривалість імпульсу, яка значно менше, ніж в разі винних плям, щоб домогтися механічного руйнування частинок при мінімальному термічному пошкодженні інших структур (положення 4 ).

Зрозуміло, дотримання всіх цих умов не забезпечує абсолютний захист епідермісу, проте виключає занадто грубе його пошкодження, яке призвело б згодом до стійкого косметичного дефекту через надмірне рубцювання.

Реакції тканини на лазерне вплив

При взаємодії лазерного світла з тканиною відбуваються такі реакції.

Фотостимуляція.Для фотостимуляції використовуються низкоинтенсивние терапевтичні лазери. Терапевтичний лазер з енергетичних параметрах надає дію, не шкідливу біосистему, але в той же час цієї енергії досить для активації процесів життєдіяльності організму, наприклад прискорення загоєння ран.

Фотодинамічна реакція.В основі принципу - вплив світлом певної довжини хвилі на фотосенсибілізатор (природний або штучно введений), що забезпечує цитотоксичний ефект на патологічну тканину. У дерматології фотодинамічної вплив використовується для лікування вульгарних вугрів, псоріазу, червоного плоского лишаю, вітіліго, пігментного кропивниці та ін.

Фототермоліз і фотомеханічні реакції-при поглинанні випромінювання відбувається перетворення енергії лазерного променя в тепло на тій ділянці шкіри, який містить хромофор. При достатній потужності лазерного променя це призводить до теплового руйнування мішені . Селективний фототермоліз можна застосувати для видалення вад розвитку поверхнево розташованих судин, деяких пігментних утворень шкіри, волосся, татуювань.

література

Лазеро- і світлолікування. Доувер Дж.С.Москва. Рід Елсівер 2010.С.5-7
Неворотін А. І. Введення в лазерну хірургію. Навчальний посібник. - СПб .: СпецЛит, 2000..
Неворотін А. І. Лазерна рана в теоретичному і прикладному аспектах. // Лазерна біологія і лазерна медицина: практика. Мат. доп. респ. школи-семінару. Частина 2. - Тарту-Пюхяярві: Изд-во Тартуського університету ЕССР, 1991, с. 3-12.
Anderson R. R., Parish J. A. The optics of human skin. J Invest Dermatol 1981; 77: 13-19.
Anderson R. R., Parrish J. A. Selective photothermolysis: precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation. Science 1983; 220: 524-527.
Goldman L., Blaney D. J., Kindel D. J. et al. Effect of the laser beam on the skin: preliminary report. J Invest Dermatol 1963; 40: 121-122.
Kaminer M. S., Arndt K. A., Dover J. S. et al. Atlas of cosmetic surgery. 2nd ed. - Saunders-Elsevier 2009.
Margolis R. J., Dover J. S., Polla L. L. et al. Visible action spectrum for melanin-specific selective photothermolysis. Lasers Surg Med 1989; 9: 389-397.

В даний час лазери міцно закріпилися у всіх сферах життєдіяльності людини. Вони використовуються в медицині, хімії, фізики, біології та в багатьох інших областях сучасної науки. Складно переоцінити внесок цього явища в прогрес людства. Однак необережне використання цієї технології може привести до згубних наслідків для здоров'я людини. Осліплення, опіки, електротравми - це далеко не повний список каліцтв, які можна отримати при взаємодії з лазером. Лазерне Неекранований випромінювання великої потужності являє собою серйозну небезпеку якщо ставиться до нього легковажно і не дотримуватися елементарних правил безпеки.

Дана стаття допоможе вам розібратися в нюансах цього явища і дасть уявлення про загрози, які лазерне випромінювання є для здоров'я людини. Так само ви отримаєте уявлення про основи безпечної роботи з лазером і дізнаєтеся, як сучасні лазери діляться на класи за рівнем загрози для здоров'я людини. Тут так само можна ознайомитися з невеликою історичною довідкоюпро лазерах.

Лазер як явище

LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.Як бачите, за цим словом ховається абревіатура на англійською. На російську це можна перекласти як «посилення світла індукованим випромінюванням». Посилення енергії до стану підвищеної інтенсивності призводить до появи лазерного випромінювання. В результаті багаторазового відбиття в системі дзеркал відбувається посилення випромінювання, і в підсумку ми можемо спостерігати явище, яке абсолютно унікально за своїми фізичними властивостями. Лазерний промінь набагато вже променя світла звичайної лампи, але їх відмінності на цьому не закінчуються. Лазерне випромінювання проектує хвилю однієї довжини і один чистий колір, крім цього світлові хвилі повністю збігаються в часі один з одним. Від звичайного світла лазерні промені відрізняє їх організованість (когерентність, якщо говорити науковими термінами).

У 1916 році були зроблені перші кроки на шляху вивчення лазера. Після тривалих досліджень відомий Альберт Енштейн висунув свою теорію взаємодії випромінювання з речовиною, зробивши таким чином можливої розробку квантових підсилювачів, здатних проектувати електромагнітні хвилі. Наступний значний прорив відбувся в 1928 році, коли Ланденбург провів свою серію експериментів. Результатом кропіткої роботи стало формулювання умови перебування індукованого випромінювання як переважання його над поглинанням. І тільки більш ніж чверть століття по тому, в 1955 році радянські фізики Басов і Прохоров сконструювали квантовий генератор з аміаком в якості активного середовища. З тих пір величезна кількість вчених стали учасниками гонки по конструюванню лазерних систем, що не припиняється і сьогодні.
Дана технологія зробила неоціненний внесок у розвиток медицини.

Багато задач, які здавалися до цього нерозв'язних, з удосконаленням лазерів залишилися в минулому. Його чудодійні промені повернули здоров'я багатьом тисячам людей. Чого вартий тільки лазерна корекція зору, яка всього за 10 хвилин дозволяє повернути будь-якому пацієнтові ідеальний зір. Ефективність цієї операції досягає 100%. Косметологи так само знайшли застосування для цієї технології в своїй діяльності. Випромінювання медичного лазера дає можливість селективно впливати на корені волосся, пігментні плями і інші дефекти шкіри. Сьогодні можливо швидко і майже безболісно видалити родимку, як і обридлу татуювання.

Свого часу видатний французький вчений Луї де Бройль, сказав пророчу фразу: «Лазеру уготовано грандіозне майбутнє. Важко передбачити, як саме він буде застосовуватися, але я вважаю, що за лазером коштує ціла технічна епоха ». І ми дійсно живемо в епоху, коли майже не залишилося сфер діяльності, в яких так чи інакше не використовуються технології на основі лазерних променів. Сучасні вимірювальні прилади неможливо уявити без застосування лазерних променів в їх конструкції. Лазер дозволив виміряти відстань від Землі до Місяця, точність цих вимірів склала кілька сотень метрів. Застосування лазерних променів в сфері радіолокації дозволило значно підвищити точність одержуваних даних. Немає ніяких сумнівів, що ця технологія ще зіграє свою роль в подальшому науковому і технічному прогресі.

Як лазерні промені впливають на людський організм?

Однією з характеристик лазерних променів є вкрай високий рівень концентрації енергії. Пучок світла, вироблений лазером, здатний підвищувати температуру поверхні, на яку він направлений. За допомогою спрямованого опромінення можна домогтися деформації майже будь-якій поверхні за невеликий проміжок часу. Концентрація колосального енергетичного потоку на невеликій площі дозволяє досягти температури в більш ніж мільйон градусів. Завдяки цій властивості лазери набули широкого поширення в хірургії та матеріалообробка, воно ж робить їх загрозою для людської шкіри при надмірному опроміненні. Пошкодження шкірного покриву променем лазера аналогічно термічному опіку. Так само значна небезпека криється в лазерному випромінювання, що виробляється за допомогою фотохімічного ефекту. Однак сучасні прилади зводять такий ризик до мінімуму.

Варто зауважити, що блискавична швидкість впливу лазерних променів дає можливість уникнути больових відчуттів. Завдяки цій властивості, лазер набув широкого поширення в хірургії. В ході нетривалих операцій із застосуванням лазера не потрібно будь-якої анестезії. Мало яка серйозна операція може бути здійсненна без знеболення. При цьому тимчасові витрати на такі операції набагато нижче, ніж при традиційному оперуванні за допомогою скальпеля.

Найчастіше робота лазерних установок супроводжується шумом, який може досягати рівня до 120 Дб. Тривало перебування в приміщенні з таким обладнанням може стати причиною проблем зі слухом. Так само хімічна реакція потужного лазерного променя і повітря супроводжується рясним виділенням озону. У людей, залучених в роботу з лазерами на протязі довгого часу, можуть діагностуватися порушення функцій вестибулярного апарату. Частота цих порушень залежить від професійного стажу. Лазерне випромінювання може стати причиною незворотних змін в людському організмі, розлади органів зору, центральної нервової системиі вегетативної системи.

Бережіть очі

око- один з найбільш тендітних елементів нашого організму.На відміну від інших органів, він не має захисту від довкілля. При попаданні невидимого інфрачервоного лазера в око людина нічого не відчує, бо мозок не сприйме його як джерело світла і захисної реакції не последут. Поглинання ультрафіолетового випромінювання рогівкою ока може призвести до набряку епітелію і ерозії. В особливо важких випадках можливе помутніння передньої камери. Сітківка ока схильна до ризику в набагато більшому ступені. Після того, як лазерне випромінювання досягає сетчтакі, воно поширюється далі на всю оптичну систему органу зору.

Якщо прямий лазерний промінь потрапить в око, коли погляд спрямований в далечінь, наслідки можуть бути дуже плачевними. Концентрація спектра коллімірованним променя на сітківці в цей момент може досягати 100000 крат. На очному дні при такому пошкодженні виявляються опік і набряк сітківки, крововилив з подальшим появою рубця і зменшенням гостроти зору. Настільки потужний вплив може навіть призвести до сліпоти. З цього випливає висновок, що ймовірність втрати зору в результаті сильного випромінювання досить велика.

Класифікація лазерів

Переважна більшість лазерного устаткування, що виготовляється в усьому світі, проводиться і сертефіціруется з оглядкою на міжнародні стандарти, узгоджені американським об'єднанням CDRH (Center for Devices and Radiological Health). Залежно від рівня загрози, яку різні лазерні установки представляють для людського організму, вони діляться на чотири основні класи:

Клас I (безпечні)- малопотужні лазерні системи, що не випромінюють шкідливий для людини рівень радіації. Такі лазери не можуть бути причиною пошкодження ока. До даного класу так само відносяться прилади, обладнані корпусом, що не випускає промінь лазера назовні. В такому випадку промінь може бути сильнішим допустимої для першого класу норми.

Клас II (низький рівень небезпеки)- ці лазери вже здатні завдати шкоди людському оку, при зоровому контакті більше 0,25 секунди. До них не належать прилади, що виробляють випромінювання з невидимою хвилею.

Клас III ( середній рівеньнебезпеки)- навіть нетривалий візуальний контакт з променем подібної лазерної установки може призвести до пошкоджень органу зору. Працювати з такими пристроями без спеціальних захисних окулярів не можна ні в якому разі. Розсіяне випромінювання не є небезпечним при відстані візуального контакту більше 13 сантиметрів і часу менше 10 секунд. Є значний ризик займання при зіткненні променя з вогненебезпечними матеріалами. На виході потужність становить близько 500 мВт.

Клас IV (високонебезпечні)- потужні лазери, які становлять небезпеку для здоров'я. Вони в змозі завдати значних пошкоджень сітківці ока нетривалим випромінюванням прямого променя. У практиці використання подібних приладів були ситуації, коли промінь випадково відбивався в око від звичайної викрутки або пугавіци на рукаві. Вплив цих лазерів з великою часткою ймовірності може призвести до серйозних опіків на шкірі, а так само стати причиною займання горючих та інших легкозаймистих матеріалів. Небезпека створює і підвищено ультрафіолетове випромінювання імпульсних ламп. Останнім часом урядами багатьох країн ведуться активні роботи по адаптації таких лазерів для військових цілей. Компанії, що представляють свої розробки на виставках, отримують фінансування від госудаства.

Запобіжні заходи

У невмілих руках потужний лазер представляє не меншу небезпеку, ніж вогнепальна зброя. Тільки сертефіцірована персонал допускається до роботи з такими пристроями. Кращою профілактикою лазерного випромінювання є дотримання правил експлуатації і захисту. Використання лазерних установок II-III рівнів передбачає огорожу зони роботи з лазером і екранування випромінювання. Лазери IV рівня повинні бути повністю ізольовані від решти виробництва, робота з ними проводиться дистанційно. Поверхні в таких приміщеннях фарбуються в кольори з малим коефіцієнтом відбиття. При недостатньому рівні освітлення робота з лазерами неприпустима. Вікна для спостереження повинні бути обладнані захисним склом. У разі необхідності ремонту приладу, категорично заборонено використання деталей і витратних матеріалів, неузгоджених з виробником.

Засоби захисту від лазерного випромінювання повинні гарантувати запобігання шкідливої дії випромінювання або зменшення його величини до рівня, що не перевищує безпечного. У екіпіровку працівників, взаємодіючих з лазером повинні входити щитки, маски, технологічні халати та спеціальні окуляри. Один раз на рік їм необхідно проходити повний медичний огляд. Така обережність більш ніж виправдана. Більшість дослідників, які вивчають здоров'я обслуговуючого персоналу лазерів, встановили у них схильність до астенічним і вегетативно-судинним розладам. Доступ до ділянок виробництва, на яких проходить робота з лазером, повинен бути строго обмежений. Лазерна установка повинна бути надійно захищена від неузгодженого використання за допомогою вимикача, яка замикається на ключ, або іншого аналогічного механізму.