Електромагнитно, лазерно лъчение, ултразвук. Лазерно лъчение

Лазерното лъчение е електромагнитно лъчение в оптичния диапазон, чийто източник са оптични квантови генератори - лазери. За да обясните същността и принципите на получаване на лазерно лъчение, можете да използвате планетарния модел на атома, предложен от Е. Ръдърфорд. Според този модел атомите са квантово-механични системи, състоящи се от ядро ​​и въртящи се около него електрони, заемащи строго определена, дискретна енергийна позиция. PeСхема на спонтанно (а) и стимулирано (б) излъчване на атоми, преходът от едно енергийно състояние към друго става внезапно и е придружен от поглъщане или освобождаване на енергиен квант.
Получаването на лазерно лъчение се основава на свойството на атомите (молекулите) да преминават във възбудено състояние под въздействието на външни въздействия. Това състояние е нестабилно и след известно време (след около 10-8 s) атомът може спонтанно (спонтанно) или да бъде принуден под въздействието на външна електромагнитна вълна да премине в състояние с по-нисък енергиен резерв, излъчвайки квант от светлина (фотон). Съгласно принципа, формулиран от А. Айнщайн (1917), енергията от възбудени атоми или молекули ще се излъчва със същата честота, фаза и поляризация и в същата посока като вълнуващото лъчение. При определени условия (наличие на голям брой падащи кванти и голям брой възбудени атоми) може да възникне лавинообразно нарастване на броя на квантите поради принудителни преходи. Лавинообразният преход на атомите от възбудено състояние, който се случва за много кратко време, води до образуване на лазерно лъчение. Тя се различава от светлината на всеки друг известен източник по своята монохроматичност, кохерентност, поляризация и изотропност на радиационния поток.
Кохерентност (от латински cohaerens, свързан, свързан) е координирано протичане във времето на няколко колебателни вълнови процеса с еднаква честота и поляризация; свойство на два или повече колебателни вълнови процеса, което определя способността им, когато се добавят, взаимно да се усилват или отслабват. Конвенционалните източници генерират некохерентно лъчение, докато лазерите генерират кохерентно лъчение. Благодарение на кохерентността, лазерният лъч е фокусиран възможно най-много, той е по-способен да създава смущения, има по-ниска дивергенция и способността да получава по-висока плътност на падащата енергия.
Монохроматичност (гръцки monos - един, само + chroma - цвят, боя) - излъчване с една определена честота или дължина на вълната. Обикновено лъчение със спектрална ширина 3-5 nm може да се счита за монохроматично.
Поляризацията е симетрия (или нарушаване на симетрията) в разпределението на ориентацията на вектора на напрегнатост на електрическото и магнитното поле в електромагнитна вълна спрямо посоката на нейното разпространение. Ако два взаимно перпендикулярни компонента на вектора на напрегнатостта на електрическото поле осцилират с постоянна фазова разлика във времето, такава вълна се нарича поляризирана. Ако промените се случват хаотично, тогава вълната е неполяризирана. Лазерното лъчение е силно поляризирана светлина (от 75 до 100%).
Насочеността е важно свойство на лазерното лъчение. Насочеността на лазерния лъч се отнася до неговото свойство да излиза от лазера под формата на светлинен лъч с изключително ниска дивергенция.
Основните характеристики на лазерното лъчение са дължината на вълната и честотата, както и енергийните параметри. Всички те са биотропни характеристики, които определят ефекта на лазерното лъчение върху биологичните системи.
Дължината на вълната е разстоянието, което една вълна изминава за един период на трептене. В медицината те често се изразяват в микрометри (μm) или нанометри (nm). Отражението, дълбочината на проникване, абсорбцията и биологичният ефект на лазерното лъчение зависят от дължината на вълната.
Честотата, която е реципрочна на дължината на вълната, показва броя на трептенията, извършени за единица време. Обичайно е да се изразява в херци (Hz) или кратни. Колкото по-висока е честотата, толкова по-висока е енергията на светлинния квант. Има разлика между естествената честота на излъчване, която е постоянна за даден източник, и честотата на модулация, която в медицинските лазери най-често може да варира от 1 до 1000 Hz. Енергийните характеристики на лазерното облъчване са много важни.
Радиационната мощност (радиационен поток, поток на лъчиста енергия, P) е средната мощност на електромагнитното излъчване, пренесено през всяка повърхност. Измерва се във W или кратни.
Плътност на радиация (плътност на потока на мощността или PFD, интензитет на радиация, E). E = P/S, измерено във W/m2 или mW/cm2.
Енергийна експозиция (радиационна доза, N) - енергийна експозиция за определен период от време. H = E t = P t: S, измерено в J/m2 (1 J = 1 W s).
Когато използвате лазерно лъчение в медицината, по-специално в лазерната терапия, е важно да се съсредоточите върху параметрите на облъчването, а не върху радиацията (вижте Лазерна терапия).
При използване на непрекъснато лазерно лъчение чрез контактни техники дозата на облъчване (D) е равна на енергията на лъчение (W) и се измерва в джаули: D = W = P t.
За импулсни експозиции радиационната доза се изчислява в J по формулата:
Dimp = Rimp t f tau,
където Rimp е мощността на единичен импулс във W; t — време на експозиция в s; f е честотата на повторение на импулса в Hz; tau е продължителността на лазерния импулс в s.
За разлика от дозата на облъчване, погълнатата доза, която определя ефекта на лазерното лъчение, винаги ще бъде по-малка, което е свързано с отразяването на част от енергията от облъчената повърхност. Количеството отразена енергия, което може да варира в значителни граници, се определя с помощта на биофотометри.
Дозата лазерно лъчение, погълната от биологичен обект, се определя по следната формула:
Dpogl = P t (l - Kotr),
където Cotr е отражението на кожата или други тъкани.
Съответно, за импулсно лазерно лъчение тази формула ще изглежда така:
Dpogl = PIMP t f tau (1 - K) .
При липса на биофотометри се използват осреднени данни: за червено лазерно лъчение коефициентът на отражение за кожата е 030, за лигавиците е 0,45; за инфрачервеното лазерно лъчение са съответно 0,40 и 0,35.
В клиничната медицина лазерното лъчение се използва в хирургични и физиотерапевтични области. В първата посока се използва по-мощно лазерно лъчение, което предизвиква микродеструкция на тъканите, което е в основата на лазерната хирургия. Характерните ефекти на интензивното лазерно лъчение са коагулация, силно нагряване и изпарение, аблация, оптичен пробив, воден удар и др. Физиотерапията използва лазерно лъчение с нисък интензитет, чиито механизми на действие са по-разнообразни и сложни, но по-малко известни. Сигурно е, че в основата на неговото действие са фотофизични и фотохимични процеси, протичащи при молекулярното поглъщане на радиационната енергия и водещи до различни фотобиологични ефекти. Важно е да се подчертае, че поради задействащи механизми локалните молекулярни промени се трансформират в системна адаптивна реакция с нейните различни прояви на всички нива на жизнената дейност на организма.
Сред основните механизми на действие на лазерното лъчение върху биологичните системи, решаваща роля играят тези, възникващи в митохондриите.
Един от възможните механизми на въздействието на лазерното лъчение върху клетката е да се ускори преносът на електрони в дихателната верига поради промяна в редокс свойствата на неговите компоненти. В този случай ключова роля играе ускореният електронен трансфер в молекулите на цитохром коксидазата и NADH дехидрогеназата. В същото време азотният оксид може да се освободи от каталитичния център, който, подобно на увеличаването на дихателната активност, играе важна роля в регулирането на много жизненоважни процеси.
Благодарение на различни механизми лазерното лъчение може да предизвика повишено генериране на синглетен кислород, който е химично и биологично силно активно съединение. Образуването му се увеличава с увеличаване на pO2 в тъканите. Синглетният кислород инициира липидна пероксидация, променя пропускливостта на мембраната, увеличава йонния транспорт, предизвиква ускоряване на клетъчната пролиферация и т.н. Предполага се, че синглетният кислород може да причини минимални (предварителни) увреждания, които дисбалансират системата и стимулират нейната активност в бъдеще. Това се отнася преди всичко за мембраните на кръвните клетки.
Много витамини и ензими могат да бъдат фотоакцептори на лазерното лъчение, вкл. рибофлавин (440 nm), каталаза (628 nm), цитохромоксидаза (600 nm), сукцинат дехидратеназа и супероксиддисмутаза. При терапевтични дози тяхната активност и съдържание в различни тъкани се увеличава, едно от последствията от което е повишаване на антиоксидантния статус в тъканите и намаляване на LPO.
Лазерното лъчение може пряко или косвено да повлияе на мембраните, да промени тяхната конформация, ориентацията на рецепторите върху тях и състоянието на фосфолипидните компоненти. Последствията от такива промени включват повишаване на пропускливостта на мембраната по отношение на Ca2+, както и повишаване на активността на аденилатциклазната и АТФазната системи, засягащи биоенергетиката на клетката.
Много автори обясняват основния ефект на лазерното лъчение с влиянието му върху структурата на водата и чрез нея върху реакциите, протичащи във водните системи, и върху протеините, чиято микросреда е представена от водни молекули.
Напоследък активно се развива фотодинамичният механизъм на първичното действие на радиацията с ниска интензивност. Според него хромофорите на лазерното лъчение са ендогенни порфирини, чието съдържание се променя при много заболявания. Порфирините, абсорбирайки радиацията, предизвикват свободни радикални реакции, водещи до престимулация (прайминг) на клетките. Увеличаването на клетъчната активност е придружено от увеличаване на различни биологично активни съединения (азотен оксид, супероксиден анион радикал, хипохлоритен йон, цитокини и др.), Влияещи на микроциркулацията, имуногенезата и други физиологично значими процеси.
Под въздействието на лазерното лъчение съществува възможност за локализирано нагряване на абсорбиращи хромофори, което може да бъде придружено от структурни промени в биомолекулите и тяхната активност. Лазерното лъчение може също да доведе до появата на неравномерно температурно поле в биологичните тъкани поради неравномерното разпределение на абсорбиращите структури. Такова неравномерно нагряване може да окаже значително влияние върху метаболитните процеси в тъканите и клетките. Резултатът от много първични реакции е промяна в редокс статуса на клетката: преминаването към по-окислено състояние е свързано със стимулиране на клетъчната жизнеспособност, преминаването към по-редуциращо състояние е свързано с нейното потискане.
Горните и други първични ефекти на нискоенергийното лазерно лъчение са придружени от спектър от вторични промени, които определят неговия физиологичен и терапевтичен ефект. Зависи от много фактори, сред които най-важни са дължината на вълната на използваното лъчение (и съответно енергията на неговите фотони) и продължителността на облъчване. Тъй като лазерната терапия използва почти изключително ниска плътност на мощността на лазерното лъчение (до 100 mW/cm2), влиянието на този фактор е по-малко значимо. В момента най-популярни са биостимулиращите ефекти на лазерната терапия. Той определя най-широкия спектър на терапевтично действие и е най-силно изразен при лазери от червения и близкия инфрачервен спектър с дължина на вълната от 620 до 1300 nm. Важно е да се отбележи, че лазерната биостимулация се осъществява само при краткотрайна (до 3-5 минути) експозиция. Инхибиторният ефект на лазерната терапия, присъщ главно на късовълновото лъчение на UV спектъра, наблюдавано при продължителна експозиция, се използва много по-рядко.
Фотохимичните и фотофизичните процеси, причинени от поглъщането на енергията на лазерното лъчение, се развиват предимно в мястото на неговото въздействие (кожа, достъпни лигавици), тъй като дълбочината на проникването му зависи от дължината на вълната и не надвишава няколко сантиметра. Основното звено в биостимулиращия ефект на лазерната терапия е активирането на ензимите. То е следствие от селективното поглъщане на енергията на лазерното лъчение от отделни биомолекули, поради съвпадението на максимумите на техния спектър на поглъщане с дължината на вълната на лазерното лъчение. По този начин лазерното лъчение от червения спектър се абсорбира главно от молекули на ДНК, цитохром, цитохромоксидаза, супероксиддисмутаза и каталаза. Енергията на близкото инфрачервено лазерно лъчение се абсорбира главно от кислородни молекули и нуклеинови киселини. В резултат на това се увеличава съдържанието на свободни (по-активни) биомолекули и радикали, синглетният кислород, ускорява се синтеза на протеини, РНК, ДНК, увеличава се скоростта на синтез на колаген и неговите прекурсори, кислородният баланс и активността на редокс процесите промяна. Това води до реакции на клетъчно ниво - промяна в заряда на електрическото поле на клетката, нейния мембранен потенциал, повишаване на пролиферативната активност, която определя процеси като скоростта на растеж и пролиферация на тъканите, хемопоезата, активността на имунната система и микроциркулаторната система, тогава реакцията на тялото се премества на нивата на тъканите, органите и организмите.
Нискоенергийното лазерно лъчение е неспецифичен биостимулатор на възстановителните и метаболитни процеси в различни тъкани. Лазерното облъчване ускорява зарастването на рани, което се дължи на подобряване на локалния кръвен поток и лимфен дренаж, промяна в клетъчния състав на раневия секрет към увеличаване на броя на червените кръвни клетки и полинуклеарните клетки, повишаване на активността на метаболитните процеси в раната и инхибиране на липидната пероксидация. При облъчване на граничните тъкани по ръбовете на раната се наблюдава стимулиране на пролиферацията на фибробласти. Освен това е известен бактерицидният ефект на лазерното лъчение, свързан със способността му да предизвиква разрушаване и разкъсване на мембраните на микробните клетки. Активирането на хормоналните и медиаторни компоненти на общата адаптационна система, наблюдавано при използване на лазерно лъчение, също може да се разглежда като един от механизмите за стимулиране на репаративните процеси.
Лазерното облъчване стимулира регенерацията на костната тъкан, което послужи като основа за използването му при костни фрактури, вкл. и с бавна консолидация. Под въздействието на лазерното лъчение се подобрява регенерацията в нервната тъкан и намалява импулсната активност на рецепторите за болка. Наред с намаляването на интерстициалния оток и компресията на нервните проводници, това определя аналгетичния ефект на лазерната терапия.
Лазерното лъчение има изразен противовъзпалителен ефект, който вероятно се дължи преди всичко на подобряване на кръвообращението и нормализиране на нарушената микроциркулация, активиране на метаболитните процеси в огнището на възпалението, намаляване на отока на тъканите, предотвратяване на развитието на ацидоза и хипоксия и директен ефект върху микробния фактор. Значителна роля играе и активирането на имунната система, изразяващо се в увеличаване на интензивността на делене и нарастване на функционалната активност на имунокомпетентните клетки и увеличаване на синтеза на имуноглобулини. Противовъзпалителният ефект се улеснява от стимулиращия ефект на лазерното лъчение върху ендокринните жлези, по-специално върху глюкокортикоидната функция на надбъбречните жлези. Важно е да се подчертае, че както при бактериална контаминация на повърхността на раната, така и при екзацербация на хроничния възпалителен процес е по-целесъобразно да се използват лазери в UV диапазона (използвайки инхибиторния ефект за потискане на альтерацията и ексудацията), а в стадия на пролиферация и регенерация - в червения и инфрачервения диапазон. При бавни възпалителни и дегенеративно-дистрофични процеси трябва да се използва само облъчване на червения и инфрачервения спектър.
Под въздействието на нискоенергийно лазерно лъчение се увеличава броят на червените кръвни клетки и ретикулоцитите, повишава се митотичната активност на клетките на костния мозък, активира се антикоагулантната система и ESR намалява. Този ефект върху хемопоезата се развива както по директен, така и по индиректен начин. В първия случай генерираната от лазера светлина, абсорбирана от порфирините на еритроцитите, води до намаляване на съпротивлението и дори до разпадане на малък брой от тях. Продуктите на разпадане очевидно активират хематопоезата на костния мозък. Индиректният ефект на лазерното лъчение се осъществява чрез активиране на дейността на жлезите с вътрешна секреция, преди всичко на хипофизата и щитовидната жлеза, които са пряко свързани с регулацията на хемопоетичната функция.
Лазерното лъчение, повишавайки енергийния потенциал на клетката, спомага за повишаване устойчивостта на организма като цяло към въздействието на неблагоприятни фактори, вкл. и на йонизиращо лъчение.
Като цяло най-изразените ефекти на лазерната терапия, настъпващи предимно на мястото на експозиция, са: трофично-регенеративен, подобряващ микроциркулацията, противовъзпалителен, имуностимулиращ, десенсибилизиращ, деконгестантен, аналгетичен.
По време на лазерната терапия се регистрират не само промени в мястото на облъчване, но и се наблюдава цялостната реакция на организма. Генерализацията на локалния ефект възниква поради неврохуморални реакции, които се задействат от момента, в който се появи ефективна концентрация на биологично активни вещества в облъчените тъкани, както и поради нервно-рефлекторния механизъм. Произтичащите промени в основните показатели на централната нервна система, сърдечно-съдовата система и редица биохимични процеси, като правило, имат забавен характер и се появяват известно време (минути, часове) след процедурата. Освен това те са най-силно изразени при облъчване на акупунктурни зони.
Лазерното лъчение със своите уникални свойства намери широко и разнообразно приложение в медицината. Неговите източници са квантови генератори - лазери с различни физически характеристики (виж Лазер). Медицинските лазери излъчват в UV, видимия (най-често в червената област) и инфрачервения диапазон на оптичния спектър и могат да работят в непрекъснат и импулсен режим. Терапевтичното направление използва лазерно лъчение с нисък интензитет, генерирано най-често от хелиево-неонови и полупроводникови лазери (виж Лазерна терапия). Лазерната терапия се използва в голямо разнообразие от клиники за много заболявания.
Показания: За хирургични цели се използва високоинтензивно лазерно лъчение, което предизвиква видими промени в тъканите. Такова излъчване може да причини разрязване и заваряване на тъкани, коагулация, аблация и хемостаза. За тази цел най-често се използват аргонов, меден, багрилен, въглероден диоксид, неодимов и сродни лазери. Ексимерните лазери се използват широко в очната хирургия. Лазерното лъчение (обикновено със среден интензитет) се използва в така наречената фотодинамична терапия. Използването на фотосенсибилизатор в тази технология улеснява динамичното разрушаване на патологично променена клетка, но в никакъв случай не е предпоставка за това. Фотодинамичната терапия днес намира най-широко приложение при лечението на рак, но границите на нейното приложение постепенно се разширяват. Много уникална област на използване на лазерно лъчение е лазерната козметология. В козметологията най-често се използват лазери с въглероден диоксид и ербий, както и лазери върху кристали от итриев алуминиев гранат. Лазерните технологии в козметологията се използват за такива козметични процедури като дермабразио, лифтинг, отстраняване на хемангиоми и телеангиектазии по лицето, епилация и др. Лазерното лъчение започва да се използва в еферентни терапевтични програми, в лабораторни технологии, както и в халографията . Ясно е, че възможностите на медицинската лазерология далеч не са изчерпани.

Лазерното лъчение е електромагнитно лъчение, генерирано в диапазона на дължината на вълната l = 180...105 nm. Лазерните системи са широко разпространени.

Лазерното лъчение се характеризира с монохроматичност (излъчване с почти еднаква честота), висока кохерентност (запазване на фазата на трептене), изключително ниска енергийна дивергенция на лъча и висока концентрация на радиационна енергия в лъча.

Биологичните ефекти на лазерното лъчение върху тялото се определят от механизмите на взаимодействие на лъчението с тъканите и зависят от дължината на вълната на лъчението, продължителността на импулса (експозиция), честотата на повторение на импулса, площта на облъчената зона, както и от биологични и физикохимични характеристики на облъчените тъкани и органи. Различават се топлинни, енергийни, фотохимични и механични (ударно-акустични) въздействия, както и директно и отразено (огледално и дифузно) излъчване. За очите, кожата и вътрешните тъкани на тялото най-голяма опасност представлява наситеното с енергия директно и огледално отразено лъчение. Освен това се наблюдават отрицателни функционални промени във функционирането на нервната и сърдечно-съдовата система, ендокринните жлези, промени в кръвното налягане и повишена умора.

Лазерното лъчение с дължина на вълната от 380 до 1400 nm е най-опасно за ретината на окото, а лъчението с дължина на вълната от 180 до 380 nm и над 1400 nm е най-опасно за предната среда на окото. Увреждането на кожата може да бъде причинено от радиация с всякаква дължина на вълната в разглеждания диапазон (180...105 nm).

Тъканите на живия организъм при нисък и среден интензитет на облъчване са почти непроницаеми за лазерното лъчение. Следователно повърхностните (кожни) обвивки са най-податливи на неговите ефекти. Степента на този ефект се определя от дължината на вълната и интензитета на излъчването.

При висока интензивност на лазерното облъчване е възможно увреждане не само на кожата, но и на вътрешните тъкани и органи. Тези наранявания се характеризират с оток, кръвоизлив, тъканна некроза, както и коагулация или разпадане на кръвта. В такива случаи увреждането на кожата се оказва относително по-слабо изразено от промените във вътрешните тъкани, а в мастните тъкани изобщо не се отбелязват патологични промени.

Биологичните ефекти, възникващи при излагане на лазерно лъчение върху тялото, условно се разделят на групи:

а) първични ефекти - органични промени, настъпващи директно в облъчените живи тъкани (директно облъчване);

б) вторични ефекти - неспецифични промени, които настъпват в тялото в отговор на радиация (продължително излагане на дифузно отразена радиация).

При работа с лазерни системи човек може да бъде изложен на следните опасни и вредни фактори, причинени както от самото лазерно лъчение, така и от спецификата на неговото формиране:

• лазерно лъчение (директно, отразено, разсеяно);
• ултравиолетово, видимо и инфрачервено лъчение на структурни елементи, съпътстващи работата на инсталацията;
• високо напрежение в управляващите и захранващите вериги;
• ЕМП на индустриална честота и радиочестотен диапазон;
• Рентгеново излъчване от газоразрядни тръби и елементи, работещи при анодно напрежение над 5 kV;
• шум и вибрации;
• токсични газове и пари, образувани в лазерните елементи и при взаимодействието на лъча с околната среда;
• продукти на взаимодействие на лазерно лъчение с обработени материали;
• повишена температура на повърхностите на лазерния продукт и в зоната на облъчване;
• опасност от експлозия в лазерни помпени системи;
• възможността за експлозия и пожар, когато лъчът взаимодейства със запалим материал.

Според степента на опасност от лъчение за човешките биологични структури лазерите се делят на четири класа.

Към лазери 1 класса напълно безопасни лазери. Излъчването им не представлява опасност за очите и кожата.

Лазери 2 класа- Това са лазери, чийто лъч представлява опасност при облъчване на човешка кожа или очи. Дифузно отразената радиация обаче е безопасна както за кожата, така и за очите.

Лазери 3 класапредставляват опасност при облъчване на очите и кожата с директна, огледално отразена радиация. Дифузно отразената радиация е опасна за очите на разстояние 10 cm от дифузно отразяващата повърхност, но е безопасна за кожата.

При лазери 4 класаДифузно отразената радиация на разстояние 10 cm от дифузно отразяваща повърхност представлява опасност за очите и кожата.

Лазерите се класифицират от производителя според техните характеристики на изходно излъчване.

При експлоатация на инсталации от класове 2-4 трябва да се осигурят лазерни мерки за безопасност, дозиметричен контрол на лазерното лъчение, санитарно-хигиенни мерки и медицински контрол.

Лазерна безопасност- това е набор от технически, санитарно-хигиенни, терапевтични, превантивни и организационни мерки, които осигуряват безопасни и безвредни условия на труд при работа с лазерни системи.

Лазерното лъчение се регулира според пределно допустимите нива на облъчване (ПДО) в съответствие с „Санитарни стандарти и правила за проектиране и експлоатация на лазери“ № 5804-91 . Максималните нива на радиация при еднократно излагане могат да доведат до незначителна вероятност от обратими аномалии в тялото на работника. Максималните нива на радиация при хронично облъчване не водят до отклонения в състоянието на човешкото здраве както по време на работа, така и в дългосрочния живот на настоящето и следващите поколения.

Нормализираните параметри са радиация E, енергийна експозиция H, енергия W и радиационна мощност P.

излъчванее съотношението на радиационния поток, падащ върху малка повърхност, към площта на тази област, W/m2.

Енергийна експозицияопределен от интеграла на облъчване във времето, J/m2.

Устройствата за дистанционно управление на лазерно лъчение са настроени за три диапазона на дължина на вълната (180...380, 381...1400, 1401...105 nm) и случаи на облъчване: единично (с време на експозиция до една смяна), серия от импулси и хронични (систематично повтарящи се). Освен това при стандартизирането се взема предвид обектът на облъчване (очи, кожа, очи и кожа едновременно).

Когато лазерите се използват в театрални и развлекателни мероприятия, за демонстрации в учебни заведения, за осветяване и други цели в медицински изделия, които не са пряко свързани с терапевтичния ефект на радиацията, МДГОВ за всички облъчени лица се определят в съответствие със стандартите за хронично облъчване. .

В зависимост от техните класове на опасност, лазерните продукти са предмет на различни изисквания. Например лазерите от класове 3 и 4 трябва да съдържат дозиметрично оборудване и техният дизайн трябва

осигуряват възможност за дистанционно управление. Лазерните медицински продукти трябва да бъдат оборудвани със средства за измерване на нивото на радиация, на което са изложени пациентите и персонала. Лазерите от клас 3 и 4 са забранени за използване в театрални и развлекателни мероприятия, в учебни заведения и на открити пространства. Класът на лазерния продукт се взема предвид в изискванията за неговата работа.

Лазерните продукти и зоните на разпространение на лазерното лъчение трябва да бъдат маркирани със знаци за лазерна опасност с обяснителни бележки в зависимост от класа на лазера.

Безопасността при работа с отворени лазерни продукти се осигурява чрез използване на ЛПС. Безопасността при използване на лазери за демонстрационни цели, в театрални и развлекателни събития и в открито пространство се осигурява чрез организационни и технически мерки (разработване на схема за поставяне на лазер, като се вземе предвид траекторията на лазерните лъчи, строг контрол върху спазването на правилата и др. .).

Когато се използват очила за защита от лазерно лъчение, нивата на осветеност на работните места трябва да се повишат с едно ниво в съответствие със SNiP 23-05-95.

Предпазните средства (колективни и индивидуални) се използват за намаляване на нивата на лазерно лъчение, въздействащо на човека, до стойности под максимално допустимите нива. Изборът на защитно оборудване се извършва, като се вземат предвид параметрите на лазерното лъчение и експлоатационните характеристики. ЛПС срещу лазерно лъчение включва защита на очите и лицето (предпазни очила, избрани в зависимост от дължината на вълната на лъчение, щитове, приставки), защита на ръцете и специално облекло.

Персоналът, работещ с лазерни продукти, трябва да преминава предварителни и периодични (веднъж годишно) медицински прегледи. До работа с лазери се допускат лица над 18 години и без медицински противопоказания.

Лазерите стават все по-важни изследователски инструменти в медицината, физиката, химията, геологията, биологията и инженерството. Ако се използват неправилно, те могат да причинят ослепяване и нараняване (включително изгаряния и токов удар) на операторите и друг персонал, включително странични лица в лабораторията, както и значителни материални щети. Потребителите на тези устройства трябва напълно да разбират и прилагат необходимите предпазни мерки при боравене с тях.

Какво е лазер?

Думата „лазер“ (LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) е съкращение, което означава „усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация“. Честотата на излъчването, генерирано от лазер, е във или близо до видимата част на електромагнитния спектър. Енергията се усилва до изключително висок интензитет чрез процес, наречен лазерно индуцирано излъчване.

Терминът радиация често се разбира погрешно, тъй като се използва и за описание В този контекст означава пренос на енергия. Енергията се пренася от едно място на друго чрез проводимост, конвекция и радиация.

Има много различни видове лазери, които работят в различни среди. Използваната работна среда са газове (например аргон или смес от хелий и неон), твърди кристали (например рубин) или течни багрила. Когато към работната среда се подаде енергия, тя се възбужда и освобождава енергия под формата на частици светлина (фотони).

Чифт огледала в двата края на запечатана тръба или отразява, или предава светлина в концентриран поток, наречен лазерен лъч. Всяка работна среда произвежда лъч с уникална дължина на вълната и цвят.

Цветът на лазерната светлина обикновено се изразява чрез дължина на вълната. Той е нейонизиращ и включва ултравиолетови (100-400 nm), видими (400-700 nm) и инфрачервени (700 nm - 1 mm) части от спектъра.

Електромагнитен спектър

Всяка електромагнитна вълна има уникална честота и дължина, свързани с този параметър. Точно както червената светлина има своя собствена честота и дължина на вълната, всички останали цветове - оранжево, жълто, зелено и синьо - имат уникални честоти и дължини на вълната. Хората са в състояние да възприемат тези електромагнитни вълни, но не могат да видят останалата част от спектъра.

Ултравиолетовото лъчение има и най-висока честота. Инфрачервеното, микровълновото лъчение и радиовълните заемат по-ниските честоти на спектъра. Видимата светлина се намира в много тесен диапазон между тях.

въздействие върху хората

Лазерът произвежда интензивен, насочен лъч светлина. Ако бъде насочен, отразен или фокусиран върху обект, лъчът ще бъде частично абсорбиран, повишавайки температурата на повърхността и вътрешността на обекта, което може да доведе до промяна или деформация на материала. Тези качества, които се използват в лазерната хирургия и обработката на материали, могат да бъдат опасни за човешката тъкан.

В допълнение към радиацията, която има термичен ефект върху тъканите, лазерното лъчение, което произвежда фотохимичен ефект, е опасно. Неговото състояние е достатъчно къса, т.е. ултравиолетова или синя част от спектъра. Съвременните устройства произвеждат лазерно лъчение, чието въздействие върху хората е сведено до минимум. Лазерите с ниска мощност нямат достатъчно енергия, за да причинят вреда и не представляват опасност.

Човешката тъкан е чувствителна към енергия и при определени обстоятелства електромагнитното лъчение, включително лазерното лъчение, може да причини увреждане на очите и кожата. Проведени са изследвания върху праговите нива на травматично лъчение.

Опасност за очите

Човешкото око е по-податливо на нараняване от кожата. Роговицата (чистата външна предна повърхност на окото), за разлика от дермата, няма външен слой от мъртви клетки, който да я предпазва от влиянията на околната среда. Лазерът се абсорбира от роговицата на окото, което може да го увреди. Нараняването е придружено от подуване на епитела и ерозия, а при тежки наранявания - помътняване на предната камера.

Лещата на окото също може да бъде податлива на нараняване, когато е изложена на различни лазерни лъчения - инфрачервени и ултравиолетови.

Най-голямата опасност обаче е въздействието на лазера върху ретината във видимата част на оптичния спектър – от 400 nm (виолетов) до 1400 nm (близък инфрачервен). В тази област на спектъра колимираните лъчи се фокусират върху много малки области на ретината. Най-неблагоприятно въздействие има, когато окото гледа в далечината и е ударено от пряк или отразен лъч. В този случай концентрацията му върху ретината достига 100 000 пъти.

По този начин видим лъч с мощност 10 mW/cm 2 въздейства върху ретината с мощност 1000 W/cm 2. Това е повече от достатъчно, за да причини щети. Ако окото не гледа в далечината или ако лъчът се отразява от дифузна, неогледална повърхност, значително по-мощното излъчване води до нараняване. Лазерното излагане на кожата няма фокусиращ ефект, така че тя е много по-малко податлива на нараняване при тези дължини на вълната.

рентгенови лъчи

Някои системи с високо напрежение с напрежение над 15 kV могат да генерират рентгенови лъчи със значителна мощност: лазерно лъчение, чиито източници са мощни електронно изпомпвани, както и плазмени системи и йонни източници. Тези устройства трябва да бъдат тествани, за да се осигури правилно екраниране, наред с други неща.

Класификация

В зависимост от мощността или енергията на лъча и дължината на вълната на излъчване лазерите се разделят на няколко класа. Класификацията се основава на потенциала на устройството да причини незабавно нараняване на очите, кожата или пожар, когато е изложено директно на лъча или когато е отразено от дифузно отразяващи повърхности. Всички търговски лазери трябва да бъдат идентифицирани чрез маркировки, поставени върху тях. Ако устройството е домашно произведено или не е маркирано по друг начин, трябва да се получи съвет относно подходящата му класификация и етикетиране. Лазерите се различават по мощност, дължина на вълната и продължителност на експозиция.

Защитени устройства

Устройствата от първи клас генерират лазерно лъчение с нисък интензитет. Не може да достигне опасни нива, така че източниците са освободени от повечето контроли или други форми на наблюдение. Пример: лазерни принтери и CD плейъри.

Условно безопасни устройства

Лазерите от втори клас излъчват във видимата част на спектъра. Това е лазерно лъчение, чиито източници предизвикват у човека нормална реакция на отвращение към прекалено ярка светлина (рефлекс на мигане). Когато е изложено на лъча, човешкото око мига в рамките на 0,25 s, което осигурява достатъчна защита. Въпреки това, лазерното лъчение във видимия диапазон може да увреди окото при постоянно излагане. Примери: лазерни показалки, геодезически лазери.

Лазерите от клас 2а са устройства със специално предназначение с изходна мощност под 1 mW. Тези устройства причиняват щети само когато са пряко изложени за повече от 1000 секунди в рамките на 8-часов работен ден. Пример: четци на баркод.

Опасни лазери

Клас 3а включва устройства, които не причиняват нараняване при краткотрайно излагане на незащитено око. Може да представлява опасност при използване на фокусираща оптика като телескопи, микроскопи или бинокли. Примери: 1-5 mW хелиево-неонов лазер, някои лазерни показалки и нива на сгради.

Лазерен лъч от клас 3b може да причини нараняване чрез директно излагане или огледално отражение. Пример: Хелиево-неонов лазер 5-500 mW, много изследователски и терапевтични лазери.

Клас 4 включва устройства с нива на мощност над 500 mW. Те са опасни за очите, кожата, а също така са опасни за пожар. Излагането на лъча, неговите огледални или дифузни отражения могат да причинят наранявания на очите и кожата. Трябва да се вземат всички мерки за безопасност. Пример: Nd:YAG лазери, дисплеи, хирургия, рязане на метал.

Лазерно лъчение: защита

Всяка лаборатория трябва да осигури адекватна защита за лицата, работещи с лазери. Прозорците на помещенията, през които радиацията от устройство от клас 2, 3 или 4 може да премине, причинявайки вреда в неконтролирани зони, трябва да бъдат покрити или защитени по друг начин, докато такова устройство работи. За да осигурите максимална защита на очите, се препоръчва следното.

• Пакетът трябва да бъде затворен в неотразяваща, незапалима защитна кутия, за да се сведе до минимум рискът от случайно излагане или пожар. За да подравните лъча, използвайте флуоресцентни екрани или вторични мерници; Избягвайте директен контакт с очите.
• Използвайте най-ниската мощност за процедурата за подравняване на лъча. Ако е възможно, използвайте устройства от нисък клас за предварителни процедури за подравняване. Избягвайте наличието на ненужни отразяващи предмети в работната зона на лазера.
• Ограничете преминаването на лъча в опасната зона в извънработно време с помощта на щори и други бариери. Не използвайте стените на помещението, за да насочите лъча на лазери от клас 3b и 4.
• Използвайте неотразяващи инструменти. Някои устройства, които не отразяват видимата светлина, се отразяват в невидимата област на спектъра.
• Не носете отразяващи бижута. Металните бижута също повишават риска от токов удар.

Предпазни очила

Трябва да се носят предпазни очила, когато се работи с лазери от клас 4 в открита опасна зона или където има риск от отражение. Видът им зависи от вида на радиацията. Очилата трябва да бъдат избрани така, че да предпазват от отражения, особено дифузни отражения, и да осигуряват защита до ниво, при което естественият защитен рефлекс може да предотврати нараняване на очите. Такива оптични устройства ще поддържат известна видимост на лъча, ще предотвратят изгаряния на кожата и ще намалят възможността от други инциденти.

Фактори, които трябва да имате предвид при избора на предпазни очила:

• дължина на вълната или област от радиационния спектър;
• оптична плътност при определена дължина на вълната;
• максимална осветеност (W/cm2) или мощност на лъча (W);
• тип лазерна система;
• режим на мощност - импулсно лазерно лъчение или непрекъснат режим;
• възможности за отражение - огледално и дифузно;
• линия на видимост;
• наличие на коригиращи лещи или достатъчен размер, позволяващ носенето на очила за корекция на зрението;
• комфорт;
• наличието на вентилационни отвори за предотвратяване на замъгляване;
• влияние върху цветното зрение;
• устойчивост на удар;
• способност за изпълнение на необходимите задачи.

Тъй като предпазните очила са податливи на повреда и износване, лабораторната програма за безопасност трябва да включва периодична проверка на тези елементи за безопасност.

През последните десетилетия лазерите се използват в индустрията, медицината, научните изследвания и системите за мониторинг на околната среда. Излъчването им може да има опасен ефект върху човешкото тяло и най-вече върху органа на зрението. Лазерното лъчение (LR) се генерира в инфрачервената, светлинната и ултравиолетовата област на нейонизиращото ЕМР.

Лазерите, генериращи непрекъснато лъчение, позволяват да се създаде интензитет от порядъка на 10 10 W/cm 2, което е достатъчно за стопяване и изпаряване на всеки материал. При генериране на къси импулси интензитетът на излъчване достига стойности от порядъка на 10 15 W/cm 2 и повече. За сравнение отбелязваме, че интензитетът на слънчевата светлина близо до земната повърхност е само 0,1 – 0,2 W/cm 2.

Понастоящем в индустрията се използват ограничен брой видове лазери. Това са основно лазери, които генерират лъчение във видимия диапазон на спектъра (λ = 0,44‒0,59 µm; λ = 0,63 µm; λ = 0,69 µm), близкия инфрачервен диапазон на спектъра (λ = 1,06 µm) и далечния IR диапазон спектрален обхват (λ = 10,6 µm). При оценката на неблагоприятните ефекти на лазерите всички опасности се разделят на първични и вторични. Първите включват фактори, чийто източник на формиране е самата лазерна инсталация. Вторичните фактори възникват в резултат на взаимодействието на ЛИ с целта.

Първичните рискови фактори включват излагане на радиация, повишено електрическо напрежение, светлинно излъчване, акустичен шум и вибрации от работата на спомагателно оборудване, замърсяване на въздуха от газове, отделяни от компонентите на инсталацията, рентгеново лъчение от електройонизационни лазери или електрически вакуумни устройства, работещи при напрежение над 15 kV.

Вторичните фактори включват отразена радиация, аеродиспергирани системи и акустичен шум, генериран по време на взаимодействието на лазерното лъчение с целта, и радиацията на плазмения облак.

LI може да представлява опасност за човек, причинявайки патологични промени в тялото му, функционални нарушения на органа на зрението, централната нервна и вегетативна система, както и да засегне вътрешни органи като черен дроб, гръбначен мозък и др. LI представлява най-голямото опасност за органа на зрението. Основният патофизиологичен ефект от тъканното облъчване с ЛИ е повърхностно изгаряне, чиято степен е свързана с пространствено-енергийните и времевите характеристики на лъчението.

Въздействие на лазерното лъчение върху очите.Сравнително леката уязвимост на роговицата и лещата на окото при излагане на електромагнитно лъчение с различни дължини на вълните, както и способността на оптичната система на окото да повишава енергийната плътност на видимото и близкото инфрачервено лъчение в очното дъно с няколко пъти. порядъци по отношение на роговицата, я правят най-уязвимия орган. Степента на увреждане на окото зависи главно от физични параметри като време на експозиция, плътност на енергийния поток, дължина на вълната и вид на излъчване (импулсно или непрекъснато), както и от индивидуалните характеристики на окото.

Излагането на ултравиолетово лъчение на органа на зрението води главно до увреждане на роговицата. Повърхностните изгаряния на роговицата от лазерно лъчение с дължина на вълната в ултравиолетовата област на спектъра се елиминират в процеса на самолечение.

За лазерно лъчение с дължина на вълната 0,4 – 1,4 μm, критичният елемент на органа на зрението е ретината. Той е силно чувствителен към електромагнитни вълни във видимата област на спектъра и се характеризира с висок коефициент на поглъщане на електромагнитните вълни във видимата инфрачервена и близката ултравиолетова област. Увреждането на окото може да варира от леки изгаряния на ретината, придружени с незначителни или никакви промени в зрителната функция, до сериозни увреждания, водещи до влошаване на зрението и дори пълна загуба.

Лъчения с дължина на вълната над 1,4 микрона се абсорбират почти напълно в стъкловидното тяло и водната течност на предната камера на окото. При умерено увреждане тези очни среди са способни на самолечение. Средноинфрачервеното лазерно лъчение може да причини сериозно термично увреждане на роговицата.

Имайте предвид, че лазерното лъчение има увреждащ ефект върху всички структури на органа на зрението. Основният механизъм на увреждане е термичното действие. Импулсното лазерно лъчение е по-опасно от непрекъснатото лазерно лъчение.

Ефектът на лазерното лъчение върху кожата.Увреждането на кожата, причинено от лазерното лъчение, може да варира от леко зачервяване до повърхностно овъгляване и дълбоки кожни дефекти. Ефектът върху кожата се определя от параметрите на лазерното лъчение и степента на пигментация на кожата.

Праговите нива на радиационната енергия, при които настъпват видими промени върху кожата, варират в относително широк диапазон

(от 15 до 50 J/cm2).

Биологичните ефекти, които възникват при облъчване на кожата с лазерно лъчение, в зависимост от дължината на вълната, са дадени в табл. 5.

Таблица 5

Биологични ефекти, които възникват при облъчване на кожата с лазерно лъчение

Лазерното лъчение в медицината е принудена или стимулирана вълна от оптичния диапазон с дължина от 10 nm до 1000 микрона (1 микрон = 1000 nm).

Лазерното лъчение има:
- кохерентност - съгласуваното протичане във времето на няколко вълнови процеса с еднаква честота;
- монохроматичен - една дължина на вълната;
- поляризация - организирана ориентация на вектора на напрегнатост на електромагнитното поле на вълната в равнина, перпендикулярна на нейното разпространение.

Физически и физиологични ефекти на лазерното лъчение

Лазерното лъчение (ЛР) има фотобиологична активност. Биофизичните и биохимичните реакции на тъканите към лазерното лъчение са различни и зависят от обхвата, дължината на вълната и фотонната енергия на лъчението:

IR лъчение (1000 микрона - 760 nm, енергия на фотона 1-1,5 EV) прониква на дълбочина 40-70 mm, предизвиквайки колебателни процеси - топлинно действие;
- видимата радиация (760-400 nm, енергия на фотона 2,0-3,1 EV) прониква на дълбочина 0,5-25 mm, предизвиква дисоциация на молекулите и активиране на фотохимични реакции;
- UV радиация (300-100 nm, фотонна енергия 3,2-12,4 EV) прониква на дълбочина 0,1-0,2 mm, предизвиква дисоциация и йонизация на молекулите - фотохимичен ефект.

Физиологичният ефект на нискоинтензивното лазерно лъчение (НИЛР) се осъществява по нервните и хуморалните пътища:

Промени в биофизичните и химичните процеси в тъканите;
- промени в метаболитните процеси;
- промяна в метаболизма (биоактивация);
- морфологични и функционални промени в нервната тъкан;
- стимулиране на сърдечно-съдовата система;
- стимулиране на микроциркулацията;
- повишаване на биологичната активност на клетъчните и тъканните елементи на кожата, активира вътреклетъчните процеси в мускулите, редокс процесите и образуването на миофибрили;
- повишава съпротивителните сили на организма.

Лазерно лъчение с висок интензитет (10,6 и 9,6 µm) причинява:

Термично изгаряне на тъканите;
- коагулация на биологични тъкани;
- овъгляване, горене, изпаряване.

Терапевтичен ефект на нискоинтензивен лазер (LILI)

Противовъзпалително, намаляващо отока на тъканите;
- аналгетик;
- стимулиране на възстановителните процеси;
- рефлексогенен ефект - стимулиране на физиологичните функции;
- генерализиран ефект - стимулиране на имунния отговор.

Терапевтичен ефект от високоинтензивното лазерно лъчение

Антисептичен ефект, образуване на коагулационен филм, защитна бариера срещу токсични агенти;
- рязане на тъкани (лазерен скалпел);
- заваряване на метални протези, ортодонтски апарати.

LILI показания

Остри и хронични възпалителни процеси;
- нараняване на меките тъкани;
- изгаряния и измръзване;
- кожни заболявания;
- заболявания на периферната нервна система;
- заболявания на опорно-двигателния апарат;
- сърдечно-съдови заболявания;
- респираторни заболявания;
- заболявания на стомашно-чревния тракт;
- заболявания на пикочно-половата система;
- заболявания на ушите, носа и гърлото;
- нарушения на имунния статус.

Показания за лазерно облъчване в стоматологията

Заболявания на устната лигавица;
- пародонтални заболявания;
- некариозни лезии на твърди зъбни тъкани и кариес;
- пулпит, периодонтит;
- възпалителен процес и травма на лицево-челюстната област;
- заболявания на ТМС;
- лицева болка.

Противопоказания

Туморите са доброкачествени и злокачествени;
- бременност до 3 месеца;
- тиреотоксикоза, диабет тип 1, заболявания на кръвта, недостатъчност на дихателната, бъбречната, чернодробната и кръвоносната функция;
- трескави състояния;
- психично заболяване;
- наличие на имплантиран пейсмейкър;
- конвулсивни състояния;
- фактор на индивидуална непоносимост.

Оборудване

Лазерите са техническо устройство, което излъчва лъчение в тесен оптичен диапазон. Съвременните лазери са класифицирани:

По активно вещество (източник на индуцирана радиация) - твърдотелни, течни, газови и полупроводникови;
- по дължина на вълната и излъчване - инфрачервени, видими и ултравиолетови;
- според интензитета на излъчване - ниско интензивни и високоинтензивни;
- според режима на генериране на лъчение - импулсни и непрекъснати.

Апаратите са оборудвани с излъчващи глави и специализирани приставки – дентални, огледални, акупунктурни, магнитни и др., осигуряващи ефективността на лечението. Комбинираното използване на лазерно лъчение и постоянно магнитно поле засилва терапевтичния ефект. В търговската мрежа се произвеждат основно три вида лазерно терапевтично оборудване:

1) на базата на хелиево-неонови лазери, работещи в режим на непрекъснато излъчване с дължина на вълната 0,63 микрона и изходна мощност 1-200 mW:

ULF-01, “Ягода”
- AFL-1, AFL-2
- СОВАЛКА-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Платан-М1"
- "Атол"
- ALOC-1 - лазерно устройство за облъчване на кръвта

2) на базата на полупроводникови лазери, работещи в непрекъснат режим на генериране на радиация с дължина на вълната 0,67-1,3 микрона и изходна мощност 1-50 mW:

АЛТП-1, АЛТП-2
- "Изел"
- "Мазик"
- "Вита"
- "Звънец"

3) на базата на полупроводникови лазери, работещи в импулсен режим, генериращи радиация с дължина на вълната 0,8-0,9 микрона, импулсна мощност 2-15 W:

- "Шаблон", "Шаблон-2K"
- "Лазурит-ЗМ"
- "Лузар-МП"
- "Нега"
- "Азор-2К"
- "Ефект"

Апарати за магнитолазерна терапия:

- "Млада"
- AMLT-01
- "Светоч-1"
- "Лазур"
- "Ерга"
- MILTA - магнитен инфрачервен

Технология и методика на лазерното лъчение

Излагането на радиация се извършва върху лезията или органа, сегментно-метамерната зона (кожно), биологично активната точка. При лечение на дълбок кариес и пулпит по биологичен метод, облъчването се извършва в областта на дъното на кариозната кухина и шийката на зъба; пародонтит - светлинен проводник се вкарва в кореновия канал, предварително обработен механично и медикаментозно, и се придвижва до върха на корена на зъба.

Техниката на лазерно облъчване е стабилна, стабилна - сканираща или сканираща, контактна или дистанционна.

Дозиране

Отговорите на LI зависят от параметрите на дозиране:

дължина на вълната;
- методология;
- режим на работа - непрекъснат или импулсен;
- интензивност, плътност на мощността (PM): нискоинтензивен LR - мек (1-2 mW) се използва за въздействие върху рефлексогенните зони; средна (2-30 mW) и твърда (30-500 mW) - върху областта на патологичния фокус;
- време на излагане на едно поле - 1-5 минути, общо време не повече от 15 минути. ежедневно или през ден;
- курс на лечение от 3-10 процедури, повторени след 1-2 месеца.

Мерки за безопасност

Очите на лекаря и пациента са защитени с очила SZS-22, SZO-33;
- не можете да гледате източника на радиация;
- стените на кабинета да са матирани;
- натиснете бутона "старт", след като инсталирате излъчвателя върху патологичния фокус.