การใช้เลเซอร์และการฉายรังสีในการแพทย์ เลเซอร์ในการแพทย์แผนปัจจุบัน

การแพทย์แผนปัจจุบันใช้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมากมาย ช่วยในการวินิจฉัยโรคได้ทันท่วงทีและมีส่วนช่วยให้การรักษาประสบความสำเร็จ แพทย์ใช้ความสามารถของรังสีเลเซอร์ในการทำงานอย่างแข็งขัน อาจส่งผลต่อเนื้อเยื่อของร่างกายแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงได้คิดค้นอุปกรณ์มัลติฟังก์ชั่นทางการแพทย์จำนวนมากที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปฏิบัติงานทางคลินิก เรามาหารือเกี่ยวกับการใช้เลเซอร์และการฉายรังสีในทางการแพทย์ในรายละเอียดเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย

การรักษาด้วยเลเซอร์มีการพัฒนาใน 3 ด้านหลัก ได้แก่ การผ่าตัด การบำบัด และการวินิจฉัย ผลกระทบของการแผ่รังสีเลเซอร์ต่อเนื้อเยื่อนั้นพิจารณาจากช่วงการแผ่รังสี ความยาวคลื่น และพลังงานโฟตอนของตัวปล่อย โดยทั่วไปแล้วผลของเลเซอร์ทุกชนิดในทางการแพทย์ต่อร่างกายสามารถแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม

การแผ่รังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำ
- การแผ่รังสีเลเซอร์ความเข้มสูง

รังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำส่งผลต่อร่างกายอย่างไร?

การสัมผัสกับเลเซอร์ดังกล่าวอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการทางชีวฟิสิกส์และเคมีในเนื้อเยื่อของร่างกาย นอกจากนี้การบำบัดดังกล่าวยังนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญ (กระบวนการเผาผลาญ) และการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ผลของเลเซอร์ความเข้มต่ำทำให้เกิดลักษณะทางสัณฐานวิทยาและ การเปลี่ยนแปลงการทำงานเนื้อเยื่อประสาท

ผลกระทบนี้ยังช่วยกระตุ้น ระบบหัวใจและหลอดเลือดและจุลภาค
เลเซอร์ความเข้มต่ำอีกตัวหนึ่งจะเพิ่มกิจกรรมทางชีวภาพขององค์ประกอบเซลล์และเนื้อเยื่อของผิวหนัง ซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นกระบวนการภายในเซลล์ในกล้ามเนื้อ การใช้งานช่วยให้คุณสามารถเริ่มกระบวนการรีดอกซ์ได้
เหนือสิ่งอื่นใด วิธีการที่คล้ายกันการได้รับสารมีผลดีต่อความมั่นคงโดยรวมของร่างกาย

ผลการรักษาใดที่ได้รับจากการใช้รังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำ?

วิธีการรักษานี้ช่วยขจัดอาการอักเสบ ลดอาการบวม ขจัด ความรู้สึกเจ็บปวดและการกระตุ้นกระบวนการฟื้นฟู นอกจากนี้ยังช่วยกระตุ้นการทำงานทางสรีรวิทยาและการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน

แพทย์สามารถใช้รังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำได้ในกรณีใดบ้าง?

วิธีการรับสัมผัสนี้มีไว้สำหรับผู้ป่วยที่มีอาการเฉียบพลันและเรื้อรัง กระบวนการอักเสบตามสถานที่ต่างๆ การบาดเจ็บของเนื้อเยื่ออ่อน แผลไหม้ อาการบวมเป็นน้ำเหลือง และโรคผิวหนัง มันสมเหตุสมผลที่จะใช้มันกับโรครอบข้าง ระบบประสาท,โรคของระบบกล้ามเนื้อและกระดูกและโรคต่างๆของหัวใจและหลอดเลือด

การฉายรังสีเลเซอร์ความเข้มต่ำยังใช้ในการรักษาระบบทางเดินหายใจ, ทางเดินอาหาร, ระบบสืบพันธุ์,โรคหูคอจมูกและความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน.

วิธีการรักษานี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางทันตกรรม: เพื่อแก้ไขโรคของเยื่อเมือก ช่องปาก, โรคปริทันต์ และ TMJ (ข้อต่อขากรรไกร)

นอกจากนี้ เลเซอร์นี้ยังรักษารอยโรคที่ไม่เกิดฟันผุที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อแข็งของฟัน โรคฟันผุ เยื่อกระดาษอักเสบ และโรคปริทันต์อักเสบ ปวดใบหน้า, แผลอักเสบและการบาดเจ็บบริเวณใบหน้าขากรรไกร

การใช้รังสีเลเซอร์ความเข้มสูงในการแพทย์

การฉายรังสีเลเซอร์ความเข้มสูงมักใช้ในการผ่าตัดและในพื้นที่ต่างๆ ท้ายที่สุดแล้วอิทธิพลของรังสีเลเซอร์ความเข้มสูงช่วยในการตัดเนื้อเยื่อ (ทำหน้าที่เหมือนมีดผ่าตัดเลเซอร์) บางครั้งก็ใช้เพื่อให้ได้ผลในการฆ่าเชื้อ เพื่อสร้างฟิล์มแข็งตัว และสร้างเกราะป้องกันจากอิทธิพลที่รุนแรง นอกจากนี้เลเซอร์ดังกล่าวยังสามารถใช้สำหรับการเชื่อมขาเทียมที่เป็นโลหะและอุปกรณ์จัดฟันต่างๆ

รังสีเลเซอร์ความเข้มสูงส่งผลต่อร่างกายอย่างไร?

วิธีการสัมผัสนี้ทำให้เกิดแผลไหม้จากความร้อนของเนื้อเยื่อหรือทำให้เกิดการแข็งตัวของเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดการระเหย การเผาไหม้หรือการไหม้เกรียมในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ

เมื่อใช้แสงเลเซอร์ความเข้มสูง

วิธีการมีอิทธิพลต่อร่างกายนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อทำการผ่าตัดที่หลากหลายในด้านระบบทางเดินปัสสาวะ นรีเวชวิทยา จักษุวิทยา โสตศอนาสิกลาริงซ์วิทยา ศัลยกรรมกระดูก ศัลยกรรมประสาท ฯลฯ

ในขณะเดียวกัน การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ก็มีข้อดีหลายประการ:

ปฏิบัติการไร้เลือดอย่างแท้จริง
- ความปลอดเชื้อสูงสุด (ความเป็นหมัน);
- ภาวะแทรกซ้อนหลังการผ่าตัดขั้นต่ำ
- ผลกระทบน้อยที่สุดต่อเนื้อเยื่อข้างเคียง
- ระยะเวลาหลังผ่าตัดสั้น
- ความแม่นยำสูง;
- ลดโอกาสการเกิดแผลเป็น

การวินิจฉัยด้วยเลเซอร์

วิธีการวินิจฉัยนี้มีความก้าวหน้าและพัฒนา ช่วยให้คุณสามารถระบุโรคร้ายแรงได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้นของการพัฒนา มีหลักฐานว่าการวินิจฉัยด้วยเลเซอร์ช่วยในการระบุมะเร็งของผิวหนัง เนื้อเยื่อกระดูก และ อวัยวะภายใน- ใช้ในจักษุวิทยาเพื่อตรวจหาต้อกระจกและกำหนดระยะของมัน นอกจากนี้ วิธีการวิจัยนี้ยังดำเนินการโดยนักโลหิตวิทยาเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงในเซลล์เม็ดเลือดทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

เลเซอร์จะกำหนดขอบเขตของเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีและพยาธิสภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถใช้ร่วมกับอุปกรณ์ส่องกล้องได้

การใช้รังสีในการแพทย์อื่นๆ

แพทย์ใช้รังสีประเภทต่างๆ กันอย่างแพร่หลายในการรักษา วินิจฉัย และป้องกันอาการต่างๆ หากต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับการใช้รังสี เพียงคลิกลิงก์ที่สนใจ:

รังสีเอกซ์ในการแพทย์
- คลื่นวิทยุ
- ความร้อนและรังสีไอออไนซ์
- รังสีอัลตราไวโอเลตในทางการแพทย์
- รังสีอินฟราเรดในทางการแพทย์

การแนะนำ

เครื่องมือหลักที่ศัลยแพทย์ใช้ในการผ่าเนื้อเยื่อคือ มีดผ่าตัด และกรรไกร ได้แก่ เครื่องมือตัด อย่างไรก็ตาม บาดแผลและบาดแผลที่ทำด้วยมีดผ่าตัดและกรรไกรจะมีเลือดออกร่วมด้วย ซึ่งจำเป็นต้องใช้มาตรการห้ามเลือดแบบพิเศษ นอกจากนี้ เมื่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อ เครื่องมือตัดสามารถแพร่กระจายจุลชีพและเซลล์เนื้องอกที่เป็นมะเร็งตามแนวรอยตัดได้ ในเรื่องนี้เป็นเวลานานที่ศัลยแพทย์ใฝ่ฝันที่จะมีเครื่องมือที่จะทำการตัดแบบไม่มีเลือดในขณะเดียวกันก็ทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคและเซลล์เนื้องอกในแผลผ่าตัดไปพร้อมๆ กัน การแทรกแซงใน "สนามผ่าตัดแบบแห้ง" เหมาะสำหรับศัลยแพทย์ทุกรูปแบบ

ความพยายามที่จะสร้างมีดผ่าตัดที่ "เหมาะ" นั้นมีขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเป็นช่วงที่เรียกว่ามีดไฟฟ้าได้รับการออกแบบ โดยทำงานโดยใช้กระแสความถี่สูง อุปกรณ์นี้ในเวอร์ชันขั้นสูงกว่านั้นปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยศัลยแพทย์ที่เชี่ยวชาญด้านต่างๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อประสบการณ์สะสมมากขึ้น ด้านลบของ “การผ่าตัดด้วยไฟฟ้า” ก็ถูกเปิดเผย ซึ่งหลักๆ คือโซนที่ใหญ่เกินไป การเผาไหม้ด้วยความร้อนเนื้อเยื่อบริเวณรอยบาก เป็นที่รู้กันว่ายิ่งบริเวณแผลไหม้กว้างขึ้นเท่าไร แผลผ่าตัดก็จะสมานตัวได้แย่ลงเท่านั้น นอกจากนี้เมื่อใช้มีดไฟฟ้าจำเป็นต้องรวมร่างกายของผู้ป่วยไว้ในวงจรไฟฟ้าด้วย อุปกรณ์ไฟฟ้าศัลยกรรมส่งผลเสียต่อการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ในการตรวจสอบการทำงานที่สำคัญของร่างกายในระหว่างการผ่าตัด เครื่องผ่าตัดด้วยความเย็นยังทำให้เนื้อเยื่อเสียหายอย่างมาก ส่งผลให้กระบวนการบำบัดลดลง ความเร็วของการผ่าเนื้อเยื่อด้วยความเย็นจัดนั้นต่ำมาก ที่จริงแล้วสิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการผ่า แต่เป็นการทำลายเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นบริเวณที่ถูกเผาไหม้ที่สำคัญเมื่อใช้มีดผ่าตัดพลาสมา หากเราคำนึงว่าลำแสงเลเซอร์มีคุณสมบัติห้ามเลือดอย่างเด่นชัดรวมถึงความสามารถในการปิดผนึกหลอดลม ท่อน้ำดี และท่อตับอ่อน การใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการผ่าตัดจะมีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง ข้อดีบางประการของการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดโดยย่อมีความสัมพันธ์กับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (เลเซอร์ CO 2) เป็นหลัก นอกจากนี้ เลเซอร์ที่ทำงานบนหลักการอื่นๆ และกับสารทำงานอื่นๆ ยังถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อีกด้วย เลเซอร์เหล่านี้มีคุณสมบัติโดยพื้นฐานที่แตกต่างกันเมื่อส่งผลต่อเนื้อเยื่อชีวภาพ และใช้สำหรับข้อบ่งชี้ที่ค่อนข้างแคบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผ่าตัดหัวใจและหลอดเลือด เนื้องอกวิทยา และสำหรับการรักษา โรคที่เกิดจากการผ่าตัดผิวหนังและเยื่อเมือกที่มองเห็นได้ ฯลฯ

เลเซอร์และการใช้งานในด้านการแพทย์

แม้ว่าธรรมชาติของแสงและคลื่นวิทยุจะเหมือนกัน แต่เป็นเวลาหลายปีแล้วที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านออพติกและวิทยุได้รับการพัฒนาอย่างแยกจากกันโดยแยกจากกัน ดูเหมือนว่าแหล่งกำเนิดแสง เช่น อนุภาคที่ถูกกระตุ้นและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุ จะมีอะไรที่เหมือนกันเพียงเล็กน้อย เฉพาะในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่ผลงานปรากฏเกี่ยวกับการสร้างเครื่องขยายสัญญาณโมเลกุลและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของสาขาฟิสิกส์อิสระใหม่ - อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม

ควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ศึกษาวิธีการขยายและสร้างการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้การปล่อยก๊าซกระตุ้นของระบบควอนตัม ความก้าวหน้าในด้านความรู้นี้มีการใช้มากขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มาทำความรู้จักกับปรากฏการณ์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมและการทำงานของเครื่องกำเนิดควอนตัมแบบออปติคอล - เลเซอร์

เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ทำงานบนพื้นฐานของกระบวนการบังคับ (กระตุ้น, เหนี่ยวนำ) การปล่อยโฟตอนโดยอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นภายใต้อิทธิพลของโฟตอนที่แผ่รังสีซึ่งมีความถี่เท่ากัน ลักษณะเด่นของกระบวนการนี้คือ โฟตอนที่เกิดขึ้นระหว่างการปล่อยก๊าซกระตุ้นจะมีความถี่ เฟส ทิศทาง และโพลาไรเซชันเหมือนกันกับโฟตอนภายนอกที่ทำให้เกิดสิ่งนี้ สิ่งนี้เป็นตัวกำหนด คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เครื่องกำเนิดควอนตัม: การแผ่รังสีในอวกาศและเวลามีความสอดคล้องกันสูง มีสีเดียวสูง ทิศทางของลำแสงรังสีแคบลง การไหลของพลังงานที่มีความเข้มข้นสูง และความสามารถในการโฟกัสไปที่ปริมาตรที่น้อยมาก เลเซอร์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสื่อแอคทีฟต่างๆ: ก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง พวกมันสามารถผลิตรังสีในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก ตั้งแต่ 100 นาโนเมตร (แสงอัลตราไวโอเลต) ถึง 1.2 ไมครอน (รังสีอินฟราเรด) และสามารถทำงานได้ทั้งในโหมดต่อเนื่องและโหมดพัลส์

เลเซอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญพื้นฐานสามประการ: ตัวส่งสัญญาณ ระบบปั๊ม และแหล่งพลังงาน ซึ่งรับประกันการทำงานด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์เสริมพิเศษ

ตัวปล่อยได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานปั๊ม (ถ่ายโอนส่วนผสมฮีเลียม-นีออน 3 ไปเป็นสถานะแอคทีฟ) ไปเป็นรังสีเลเซอร์และมีตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยทั่วไปคือระบบขององค์ประกอบสะท้อนแสง การหักเหของแสง และการโฟกัสที่ผลิตขึ้นอย่างระมัดระวังในพื้นที่ภายในของ ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางประเภทที่กระตุ้นและรักษาความผันผวนของช่วงแสง ตัวสะท้อนแสงต้องมีการสูญเสียน้อยที่สุดในส่วนการทำงานของสเปกตรัม มีความแม่นยำสูงในการผลิตส่วนประกอบและการติดตั้งร่วมกัน

การสร้างเลเซอร์กลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้อันเป็นผลมาจากการนำแนวคิดพื้นฐานทางกายภาพสามประการไปใช้: การปล่อยก๊าซกระตุ้น การสร้างระดับพลังงานปรมาณูในระดับพลังงานปรมาณูผกผันทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่มีสมดุล และการใช้ค่าบวก ข้อเสนอแนะ.

โมเลกุลที่ถูกกระตุ้น (อะตอม) มีความสามารถในการเปล่งโฟตอนเรืองแสงได้ การแผ่รังสีดังกล่าวเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง เป็นเรื่องสุ่มและวุ่นวายตามเวลา ความถี่ (อาจมีการเปลี่ยนผ่านระหว่าง ในระดับที่แตกต่างกัน) ไปในทิศทางของการแพร่กระจายและโพลาไรเซชัน การแผ่รังสีอีกแบบหนึ่ง - แบบบังคับหรือแบบเหนี่ยวนำ - เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับโมเลกุลที่ตื่นเต้น ถ้าพลังงานโฟตอนเท่ากับส่วนต่างของระดับพลังงานที่สอดคล้องกัน การปล่อยก๊าซแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) จำนวนการเปลี่ยนภาพต่อวินาทีขึ้นอยู่กับจำนวนโฟตอนที่เข้าสู่สารในช่วงเวลาเดียวกัน กล่าวคือ ความเข้มของแสง เช่นเดียวกับจำนวนโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งจำนวนประชากรในสถานะพลังงานตื่นเต้นที่สอดคล้องกันมากเท่าใด จำนวนการเปลี่ยนผ่านที่ถูกบังคับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

รังสีเหนี่ยวนําจะเหมือนกับรังสีตกกระทบทุกประการ รวมถึงในเฟสด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถพูดถึงการขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ซึ่งใช้เป็นแนวคิดพื้นฐานแรกในหลักการของการสร้างเลเซอร์

แนวคิดที่สองซึ่งนำมาใช้ในการสร้างเลเซอร์คือการสร้างระบบที่ไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งตรงกันข้ามกับกฎของ Boltzmann ระดับสูงมีอนุภาคมากกว่าอนุภาคด้านล่าง สถานะของตัวกลางซึ่งมีระดับพลังงานอย่างน้อยสองระดับปรากฎว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่ามากกว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานต่ำกว่าเรียกว่าสถานะที่มีระดับประชากรกลับด้านและตัวกลางเรียกว่าแอคทีฟ มันเป็นตัวกลางแอคทีฟที่โฟตอนทำปฏิกิริยากับอะตอมที่ตื่นเต้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านไปยังระดับที่ต่ำกว่าพร้อมกับการปล่อยควอนต้าของการแผ่รังสีเหนี่ยวนำ (กระตุ้น) ซึ่งเป็นสารในการทำงานของเลเซอร์ สถานะที่มีประชากรผกผันของระดับจะได้รับอย่างเป็นทางการจากการแจกแจงของ Boltzmann สำหรับ T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

สถานะการผกผันของประชากรสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเลือกอนุภาคที่มีพลังงานต่ำหรือโดยการกระตุ้นอนุภาคเป็นพิเศษ เช่น ด้วยแสงหรือการปล่อยประจุไฟฟ้า โดยตัวมันเองแล้วจะไม่มีสภาวะอุณหภูมิติดลบเป็นเวลานาน

แนวคิดที่สามที่ใช้ในหลักการของการสร้างเลเซอร์มีต้นกำเนิดมาจากรังสีฟิสิกส์และเป็นการใช้การตอบรับเชิงบวก ในระหว่างการดำเนินการ ส่วนหนึ่งของการปล่อยก๊าซกระตุ้นที่สร้างขึ้นจะยังคงอยู่ในสารทำงาน และทำให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นโดยอะตอมที่ตื่นเต้นมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อนำกระบวนการดังกล่าวไปใช้ ตัวกลางแอคทีฟจะถูกใส่ไว้ในตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยกระจกสองตัว ซึ่งได้รับการคัดเลือกเพื่อให้รังสีที่เกิดขึ้นในตัวมันผ่านตัวกลางแอคทีฟซ้ำๆ และเปลี่ยนให้กลายเป็นเครื่องกำเนิดรังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกัน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกในช่วงไมโครเวฟ (maser) ได้รับการออกแบบในปี 1955 โดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต N. G. Basoi และ A. M. Prokhorov และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน - C. Townes และคนอื่น ๆ เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์นี้มีพื้นฐานมาจากการกระตุ้นการปล่อยโมเลกุลแอมโมเนียซึ่งเป็นเครื่องกำเนิด ถูกเรียกว่าโมเลกุล

ในปี 1960 เครื่องกำเนิดควอนตัมเครื่องแรกของรังสีที่มองเห็นได้ถูกสร้างขึ้น - เลเซอร์ที่มีคริสตัลทับทิมเป็นสารทำงาน (ตัวกลางที่ใช้งานอยู่) ในปีเดียวกันนั้น ได้มีการสร้างเลเซอร์ก๊าซฮีเลียม-นีออนขึ้น เลเซอร์ที่สร้างขึ้นในปัจจุบันมีความหลากหลายอย่างมากสามารถจำแนกตามประเภทของสารทำงาน: เลเซอร์ก๊าซ, ของเหลว, เซมิคอนดักเตอร์และโซลิดสเตตมีความโดดเด่น พลังงานในการสร้างการผกผันของประชากรนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของเลเซอร์: การกระตุ้นด้วยแสงที่เข้มข้นมาก - "การปั๊มด้วยแสง", การปล่อยก๊าซไฟฟ้าและในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ - กระแสไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการเรืองแสง เลเซอร์จะแบ่งออกเป็นแบบพัลส์และแบบต่อเนื่อง

พิจารณาหลักการทำงานของเลเซอร์ทับทิมโซลิดสเตต ทับทิมเป็นผลึกของอลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 0 3 ที่มีโครเมียมไอออน Cr 3+ ประมาณ 0.05% เป็นสารเจือปน การกระตุ้นของโครเมียมไอออนทำได้โดยการสูบแสงโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงพัลซิ่งกำลังสูง การออกแบบอย่างหนึ่งใช้ตัวสะท้อนแสงแบบท่อที่มีหน้าตัดเป็นวงรี ภายในตัวสะท้อนแสงจะมีไฟแฟลชซีนอนโดยตรงและแท่งทับทิมที่อยู่ตามแนวเส้นที่ผ่านจุดโฟกัสของวงรี (รูปที่ 1) พื้นผิวด้านในของตัวสะท้อนแสงอะลูมิเนียมได้รับการขัดเงาอย่างดีหรือชุบเงิน คุณสมบัติหลักของตัวสะท้อนแสงทรงรีคือแสงที่ออกมาจากโฟกัสตัวใดตัวหนึ่ง (หลอดไฟซีนอน) และสะท้อนจากผนังจะเข้าสู่โฟกัสอีกตัวของตัวสะท้อนแสง (แท่งทับทิม)

เลเซอร์ทับทิมทำงานตามรูปแบบสามระดับ (รูปที่ 2 ก) จากการสูบฉีดด้วยแสง ไอออนของโครเมียมจะเคลื่อนจากระดับพื้นดิน 1 ไปเป็นสภาวะตื่นเต้นที่มีอายุสั้น 3 จากนั้นการเปลี่ยนแปลงแบบไม่แผ่รังสีจะเกิดขึ้นเป็นสถานะที่มีอายุยาวนาน (แพร่กระจายได้) 2 ซึ่งความน่าจะเป็นของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง การเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเล็ก ดังนั้น การสะสมของไอออนที่ถูกตื่นเต้นในสถานะ 2 จึงเกิดขึ้น และจำนวนประชากรผกผันจะถูกสร้างขึ้นระหว่างระดับ 1 และ 2 ภายใต้สภาวะปกติ การเปลี่ยนจากระดับที่ 2 ไปเป็นระดับที่ 1 จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมาพร้อมกับการเรืองแสงที่มีความยาวคลื่น 694.3 นาโนเมตร ช่องเลเซอร์มีกระจกสองบาน (ดูรูปที่ 1) หนึ่งในนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน R ของความเข้มของแสงที่สะท้อนและตกกระทบบนกระจก) กระจกอีกอันโปร่งแสงและส่งส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีที่ตกกระทบ ( ร< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

นอกเหนือจากการทำงานของเลเซอร์ทับทิมตามรูปแบบสามระดับแล้ว รูปแบบเลเซอร์สี่ระดับที่ใช้ไอออนของธาตุหายาก (นีโอไดเมียม ซาแมเรียม ฯลฯ ) ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ผลึกหรือแก้วก็แพร่หลายมากขึ้น (รูปที่ 24 , ข) ในกรณีเช่นนี้ การผกผันของประชากรจะถูกสร้างขึ้นระหว่างสองระดับที่ตื่นเต้น: ระดับอายุยืน 2 และระดับอายุสั้น 2"

เลเซอร์แก๊สที่ใช้กันทั่วไปคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออนซึ่งตื่นเต้นกับการปล่อยประจุไฟฟ้า สารออกฤทธิ์ที่อยู่ในนั้นคือส่วนผสมของฮีเลียมและนีออนในอัตราส่วน 10:1 และความดันประมาณ 150 Pa อะตอมของนีออนกำลังเปล่งแสง อะตอมของฮีเลียมมีบทบาทสนับสนุน ในรูป 24, c แสดงระดับพลังงานของอะตอมฮีเลียมและนีออน การสร้างเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับ 3 และ 2 ของนีออน ในการสร้างประชากรผกผันระหว่างพวกเขา จำเป็นต้องเติมระดับ 3 และระดับว่าง 2 ประชากรระดับ 3 เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอะตอมฮีเลียม ในระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้า การชนของอิเล็กตรอนจะกระตุ้นให้อะตอมฮีเลียมมีสถานะคงอยู่ยาวนาน (โดยมีอายุการใช้งานประมาณ 10 3 วินาที) พลังงานของสถานะนี้ใกล้เคียงกับพลังงานของนีออนระดับ 3 มาก ดังนั้น เมื่ออะตอมฮีเลียมที่ตื่นเต้นชนกับอะตอมของนีออนที่ไม่ได้รับความตื่นเต้น พลังงานก็จะถูกถ่ายโอน ซึ่งส่งผลให้นีออนระดับ 3 ถูกเติมเข้าไป สำหรับนีออนบริสุทธิ์ อายุขัยในระดับนี้จะสั้นและอะตอมจะเคลื่อนไปที่ระดับ 1 หรือ 2 และการกระจายตัวของ Boltzmann จะเกิดขึ้น การลดลงของนีออนระดับ 2 เกิดขึ้นสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของอะตอมไปสู่สถานะพื้นเมื่อชนกับผนังของท่อระบาย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประชากรนีออนระดับ 2 และ 3 จะอยู่นิ่ง

องค์ประกอบโครงสร้างหลักของเลเซอร์ฮีเลียมนีออน (รูปที่ 3) คือท่อปล่อยก๊าซที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 7 มม. อิเล็กโทรดถูกติดตั้งไว้ในท่อเพื่อสร้างก๊าซที่ปล่อยออกมาและกระตุ้นฮีเลียม ที่ปลายท่อที่มุมบริวสเตอร์จะมีหน้าต่างอยู่ เนื่องจากการแผ่รังสีเป็นแบบโพลาไรซ์แบบระนาบ กระจกเรโซเนเตอร์ระนาบขนานติดตั้งอยู่ด้านนอกท่อ หนึ่งในนั้นคือโปร่งแสง (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

กระจกสะท้อนเสียงถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลือบหลายชั้น และเนื่องจากการรบกวน ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ต้องการถูกสร้างขึ้นสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด เลเซอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออน ซึ่งปล่อยแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร กำลังของเลเซอร์ดังกล่าวต่ำ ไม่เกิน 100 mW

การใช้เลเซอร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของรังสี: มีสีเดียวสูง (~ 0.01 นาโนเมตร), กำลังสูงเพียงพอ, ความแคบของลำแสงและความเชื่อมโยงกัน

ความแคบของลำแสงและการเบี่ยงเบนต่ำทำให้สามารถใช้เลเซอร์ในการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ได้ (ความแม่นยำที่ได้คือประมาณสิบเซนติเมตร) ความเร็วในการหมุนของดาวศุกร์และดาวพุธ ฯลฯ

การใช้งานโฮโลแกรมนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงกันของการแผ่รังสีเลเซอร์ Gastroscopes ได้รับการพัฒนาโดยใช้เลเซอร์ฮีเลียมนีออนโดยใช้ใยแก้วนำแสง ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพโฮโลแกรมสามมิติของโพรงภายในของกระเพาะอาหารได้

ลักษณะเอกรงค์ของการแผ่รังสีเลเซอร์สะดวกมากสำหรับสเปกตรัมรามานที่น่าตื่นเต้นของอะตอมและโมเลกุล

เลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัด ทันตกรรม จักษุวิทยา ผิวหนัง และมะเร็งวิทยา ผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์ขึ้นอยู่กับทั้งคุณสมบัติของวัสดุชีวภาพและคุณสมบัติของการแผ่รังสีเลเซอร์

เลเซอร์ทั้งหมดที่ใช้ในการแพทย์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามอัตภาพ: ความเข้มต่ำ (ความเข้มไม่เกิน 10 W/cm2 ส่วนใหญ่มักจะประมาณ 0.1 W/cm2) - ความเข้มสำหรับการรักษา และความเข้มสูง - การผ่าตัด ความเข้มของเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดสามารถเข้าถึง 10 14 W/cm 2; ในทางการแพทย์ โดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์ที่มีความเข้ม 10 2 - 10 6 W/cm 2

เลเซอร์ความเข้มต่ำเป็นเลเซอร์ที่ไม่ก่อให้เกิดผลทำลายล้างที่เห็นได้ชัดเจนต่อเนื้อเยื่อโดยตรงในระหว่างการฉายรังสี ในบริเวณที่มองเห็นและอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ผลกระทบของมันเกิดจากปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล และไม่แตกต่างจากผลกระทบที่เกิดจากแสงเอกรงค์เดียวที่ได้รับจากแหล่งทั่วไปที่ไม่ต่อเนื่องกัน ในกรณีเหล่านี้ เลเซอร์เป็นเพียงแหล่งกำเนิดแสงแบบเอกรงค์เดียวที่สะดวกซึ่งให้ตำแหน่งและปริมาณการรับแสงที่แม่นยำ ตัวอย่าง ได้แก่ การใช้แสงเลเซอร์ฮีเลียมนีออนในการรักษา แผลในกระเพาะอาหาร, โรคหลอดเลือดหัวใจหัวใจ ฯลฯ เช่นเดียวกับคริปทอนและเลเซอร์อื่น ๆ สำหรับความเสียหายทางเคมีแสงต่อเนื้องอกในการบำบัดด้วยแสง

ปรากฏการณ์ใหม่เชิงคุณภาพเกิดขึ้นเมื่อใช้รังสีที่มองเห็นหรือรังสีอัลตราไวโอเลตจากเลเซอร์ความเข้มสูง ในการทดลองโฟตอนเคมีในห้องปฏิบัติการด้วยแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป เช่นเดียวกับในธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของแสงแดด การดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวมักเกิดขึ้น สิ่งนี้ระบุไว้ในกฎข้อที่สองของโฟโตเคมีซึ่งกำหนดโดยสตาร์กและไอน์สไตน์: แต่ละโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของแสงจะดูดซับรังสีหนึ่งควอนตัมซึ่งเป็นสาเหตุของปฏิกิริยา ธรรมชาติของการดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวตามที่อธิบายไว้ในกฎข้อที่สองนั้นเป็นจริง เนื่องจากที่ความเข้มของแสงปกติ เป็นไปไม่ได้เลยที่โฟตอนสองตัวจะเข้าสู่โมเลกุลในสถานะพื้นพร้อมกัน หากเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น สำนวนจะอยู่ในรูปแบบ:

2hv = อี เสื้อ - อี เค ,

ซึ่งจะหมายถึงผลรวมของพลังงานของโฟตอนสองตัวสำหรับการเปลี่ยนโมเลกุลจากสถานะพลังงาน E k ไปเป็นสถานะที่มีพลังงาน E g นอกจากนี้ยังไม่มีการดูดกลืนโฟตอนโดยโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากอายุการใช้งานสั้น และ ความเข้มของการฉายรังสีที่มักใช้อยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นความเข้มข้นของโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์จึงต่ำ และการดูดซับโฟตอนอื่นของพวกมันจึงไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง

อย่างไรก็ตาม หากความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น การดูดกลืนแสงแบบสองโฟตอนก็จะเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น การฉายรังสีของสารละลาย DNA ด้วยรังสีเลเซอร์พัลซ์ความเข้มสูงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 266 นาโนเมตร ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล DNA คล้ายกับที่เกิดจากรังสี y การได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มต่ำไม่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน เป็นที่ยอมรับว่าการฉายรังสีสารละลายในน้ำของกรดนิวคลีอิกหรือเบสด้วยพิโควินาที (ระยะเวลาพัลส์ 30 พิโคเซคอน) หรือพัลส์นาโนวินาที (10 ns) ที่มีความเข้มมากกว่า 10 6 วัตต์/ซม. 2 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล ด้วยพัลส์พิโควินาที (รูปที่ 4, a) ประชากรของระดับอิเล็กทรอนิกส์สูงเกิดขึ้นตามรูปแบบ (S 0 --> S1 --> S n) และด้วยพัลส์ hv hv นาโนวินาที (รูปที่ 4, b) - ตามโครงการ (S 0 --> S1 -> T g -> T p) ในทั้งสองกรณี โมเลกุลได้รับพลังงานมากกว่าพลังงานไอออไนเซชัน

แถบดูดกลืนของ DNA ตั้งอยู่ในเขตอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมที่< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

การดูดซับรังสีใดๆ จะนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งในรูปของความร้อน ซึ่งกระจายออกจากโมเลกุลที่ตื่นเต้นออกสู่อวกาศโดยรอบ รังสีอินฟราเรดถูกดูดซับโดยน้ำเป็นหลักและทำให้เกิดผลกระทบด้านความร้อนเป็นหลัก ดังนั้นการแผ่รังสีของเลเซอร์อินฟราเรดความเข้มสูงทำให้เกิดผลกระทบทางความร้อนต่อเนื้อเยื่อทันทีที่เห็นได้ชัดเจน ผลกระทบทางความร้อนของการแผ่รังสีเลเซอร์ในทางการแพทย์ส่วนใหญ่เข้าใจว่าเป็นการระเหย (การตัด) และการแข็งตัวของเนื้อเยื่อชีวภาพ สิ่งนี้ใช้ได้กับเลเซอร์หลายชนิดที่มีความเข้มตั้งแต่ 1 ถึง 10 7 วัตต์/ซม. 2 และมีระยะเวลาการฉายรังสีตั้งแต่มิลลิวินาทีถึงหลายวินาที ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ก๊าซ CO 2 (ที่มีความยาวคลื่น 10.6 μm) เลเซอร์ Nd:YAG (1.064 μm) และอื่นๆ เลเซอร์ Nd:YAG เป็นเลเซอร์โซลิดสเตตสี่ระดับที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด การสร้างเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนของไอออนนีโอไดเมียม (Nd 3+) ที่ใส่เข้าไปในผลึก Y 3 Al 5 0 12 อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG)

นอกจากการให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อแล้ว ความร้อนบางส่วนยังถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการนำความร้อนและการไหลเวียนของเลือด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 °C จะไม่เกิดความเสียหายที่ไม่อาจรักษาให้หายขาดได้ ที่อุณหภูมิ 60 °C การสูญเสียโปรตีน การแข็งตัวของเนื้อเยื่อ และเนื้อร้ายจะเริ่มต้นขึ้น ที่อุณหภูมิ 100-150 °C จะเกิดภาวะขาดน้ำและการไหม้เกรียม และที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 °C เนื้อเยื่อจะระเหยไป

เมื่อรังสีมาจากเลเซอร์ที่เน้นความเข้มสูง ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่ ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิในเนื้อเยื่อ เมื่อลำแสงกระทบ เนื้อเยื่อจะระเหย และเกิดการไหม้เกรียมและแข็งตัวในบริเวณที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 6) การระเหยด้วยแสงเป็นวิธีการกำจัดหรือตัดเนื้อเยื่อทีละชั้น ผลจากการแข็งตัวของเลือดทำให้หลอดเลือดถูกปิดและเลือดหยุดไหล ดังนั้น ลำแสงโฟกัสของเลเซอร์ CO 2 ต่อเนื่อง () ที่มีกำลังประมาณ 2 * 10 3 W/cm 2 จึงถูกใช้เป็นมีดผ่าตัดเพื่อตัดเนื้อเยื่อชีวภาพ

หากคุณลดระยะเวลาการเปิดรับแสง (10 - 10 วินาที) และเพิ่มความเข้ม (มากกว่า 10 6 W/cm 2) ขนาดของบริเวณที่ไหม้เกรียมและแข็งตัวจะกลายเป็นเรื่องเล็กน้อย กระบวนการนี้เรียกว่า photoablation (photoremoval) และใช้เพื่อขจัดเนื้อเยื่อทีละชั้น การระเหยด้วยแสงเกิดขึ้นที่ความหนาแน่นของพลังงาน 0.01-100 J/cm2

เมื่อความเข้มเพิ่มขึ้นอีก (10 วัตต์/ซม. ขึ้นไป) กระบวนการอื่นก็เป็นไปได้ - "การสลายด้วยแสง" ปรากฏการณ์นี้ก็คือเนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่สูงมาก (เทียบได้กับความแรงของสนามไฟฟ้าภายในอะตอม) สสารจึงแตกตัวเป็นไอออน พลาสมาก่อตัวขึ้น และแรงทางกลถูกสร้างขึ้น คลื่นกระแทก- การสลายทางแสงไม่จำเป็นต้องมีการดูดกลืนควอนตัมแสงโดยสสารตามความหมายปกติ แต่จะสังเกตได้ในตัวกลางโปร่งใส เช่น ในอากาศ

ในทางการแพทย์ ระบบเลเซอร์พบว่ามีการใช้งานในรูปแบบของมีดผ่าตัดเลเซอร์ การใช้งานสำหรับการผ่าตัดถูกกำหนดโดยคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

มันทำให้บาดแผลค่อนข้างไม่มีเลือด เนื่องจากในเวลาเดียวกันกับการผ่าเนื้อเยื่อ มันจะทำให้ขอบของแผลจับตัวเป็นก้อนโดยการ "ปิดผนึก" หลอดเลือดที่มีขนาดไม่ใหญ่เกินไป

มีดผ่าตัดเลเซอร์โดดเด่นด้วยคุณสมบัติการตัดคงที่ การสัมผัสกับวัตถุแข็ง (เช่น กระดูก) ไม่ได้ทำให้มีดผ่าตัดพิการ สำหรับมีดผ่าตัดเชิงกล สถานการณ์เช่นนี้อาจถึงแก่ชีวิตได้

ลำแสงเลเซอร์มีความโปร่งใส ช่วยให้ศัลยแพทย์มองเห็นบริเวณที่ทำการผ่าตัดได้ ใบมีดของมีดผ่าตัดธรรมดาเช่นเดียวกับใบมีดไฟฟ้ามักจะปิดกั้นพื้นที่ทำงานจากศัลยแพทย์ในระดับหนึ่งเสมอ

ลำแสงเลเซอร์จะตัดเนื้อเยื่อในระยะไกลโดยไม่ส่งผลกระทบทางกลต่อเนื้อเยื่อ

มีดผ่าตัดเลเซอร์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดเชื้ออย่างแท้จริง เนื่องจากมีเพียงรังสีเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อ

ลำแสงเลเซอร์ทำหน้าที่เฉพาะที่อย่างเคร่งครัด การระเหยของเนื้อเยื่อจะเกิดขึ้นที่จุดโฟกัสเท่านั้น พื้นที่เนื้อเยื่อที่อยู่ติดกันได้รับความเสียหายน้อยกว่าเมื่อใช้มีดผ่าตัดเชิงกล

การปฏิบัติทางคลินิกแสดงให้เห็นว่าบาดแผลที่เกิดจากมีดผ่าตัดเลเซอร์แทบจะไม่เจ็บและหายเร็วขึ้น

การใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดในทางปฏิบัติเริ่มขึ้นในสหภาพโซเวียตในปี 2509 ที่สถาบัน A.V. Vishnevsky มีดผ่าตัดเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดอวัยวะภายในของช่องอกและช่องท้อง ปัจจุบันมีการใช้ลำแสงเลเซอร์ในการทำศัลยกรรมพลาสติกผิวหนัง การทำงานของหลอดอาหาร กระเพาะอาหาร ลำไส้ ไต ตับ ม้าม และอวัยวะอื่น ๆ การผ่าตัดโดยใช้เลเซอร์กับอวัยวะที่มีหลอดเลือดจำนวนมาก เช่น หัวใจและตับ เป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจมาก

ลักษณะของเลเซอร์บางประเภท

ปัจจุบันมีเลเซอร์หลากหลายชนิด แตกต่างกันไปตามสื่อที่ใช้งาน กำลัง โหมดการทำงาน และลักษณะอื่นๆ ไม่จำเป็นต้องอธิบายทั้งหมด ดังนั้น ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยย่อของเลเซอร์ที่แสดงถึงคุณลักษณะของเลเซอร์ประเภทหลักได้ค่อนข้างครบถ้วน (โหมดการทำงาน วิธีการปั๊ม ฯลฯ)

รูบี้เลเซอร์เครื่องกำเนิดแสงควอนตัมเครื่องแรกคือเลเซอร์ทับทิมซึ่งสร้างขึ้นในปี 1960

สารที่ใช้งานคือทับทิมซึ่งเป็นผลึกของอะลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 (คอรันดัม) ซึ่งโครเมียมออกไซด์ Cr 2 Oz ถูกนำมาใช้เป็นสิ่งเจือปนในระหว่างการเจริญเติบโต สีแดงของทับทิมเกิดจากไอออนบวก Cr +3 ในโครงตาข่ายคริสตัล Al 2 O 3 ไอออน Cr +3 จะแทนที่ไอออน Al +3 เป็นผลให้มีแถบดูดกลืนแสงสองแถบปรากฏขึ้นในคริสตัล แถบหนึ่งเป็นสีเขียว และอีกแถบอยู่ในส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัม ความหนาแน่นของสีแดงของทับทิมขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ Cr +3 ไอออน ยิ่งความเข้มข้นสูง สีแดงก็จะยิ่งหนาขึ้น ในทับทิมสีแดงเข้ม ความเข้มข้นของ Cr +3 ไอออนจะสูงถึง 1%

นอกจากแถบดูดกลืนสีน้ำเงินและสีเขียวแล้ว ยังมีระดับพลังงานแคบๆ สองระดับ E 1 และ E 1 ' ซึ่งเมื่อเปลี่ยนจากที่แสงจะปล่อยออกมาเป็นระดับหลักด้วยความยาวคลื่น 694.3 และ 692.8 นาโนเมตร ความกว้างของเส้นประมาณ 0.4 นาโนเมตรที่อุณหภูมิห้อง ความน่าจะเป็นของการบังคับเปลี่ยนผ่านสำหรับเส้น 694.3 นาโนเมตรนั้นมากกว่าสำหรับเส้น 692.8 นาโนเมตร ดังนั้นจึงง่ายต่อการทำงานกับเส้น 694.3 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม คุณสามารถสร้างเส้นขนาด 692.8 นาโนเมตรได้ หากคุณใช้กระจกพิเศษที่มีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนสูงสำหรับการแผ่รังสี l = 692.8 นาโนเมตร และเส้นเล็กสำหรับ l = 694.3 นาโนเมตร

เมื่อทับทิมถูกฉายรังสีด้วยแสงสีขาว ส่วนสีน้ำเงินและสีเขียวของสเปกตรัมจะถูกดูดซับ และส่วนสีแดงจะสะท้อนกลับ เลเซอร์ทับทิมใช้การปั๊มแบบออปติคอลด้วยหลอดไฟซีนอนซึ่งก่อให้เกิดแสงวาบที่มีความเข้มสูงเมื่อพัลส์ปัจจุบันไหลผ่านทำให้ก๊าซร้อนถึงหลายพันเคลวิน การปั๊มอย่างต่อเนื่องเป็นไปไม่ได้เนื่องจากหลอดไฟไม่สามารถทนต่อการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงเช่นนี้ได้ การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นนั้นมีลักษณะใกล้เคียงกับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท รังสีจะถูกดูดซับโดย Cr + ไอออน ซึ่งส่งผลให้เคลื่อนไปสู่ระดับพลังงานในบริเวณแถบการดูดซับ อย่างไรก็ตาม จากระดับเหล่านี้ Cr +3 ไอออนอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ใช้รังสี จะย้ายไปที่ระดับ E 1, E 1 ' ในกรณีนี้ พลังงานส่วนเกินจะถูกถ่ายโอนไปยังโครงตาข่าย กล่าวคือ มันถูกแปลงเป็นพลังงานของการสั่นของโครงตาข่าย หรืออีกนัยหนึ่ง กลายเป็นพลังงานของโฟตอน ระดับ E 1, E 1 ’ สามารถแพร่กระจายได้ อายุการใช้งานที่ระดับ E 1 คือ 4.3 ms ในระหว่างพัลส์ปั๊ม อะตอมที่ตื่นเต้นจะสะสมที่ระดับ E 1 และ E 1 ' ทำให้เกิดประชากรผกผันที่มีนัยสำคัญสัมพันธ์กับระดับ E 0 (นี่คือระดับของอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น)

คริสตัลทับทิมปลูกในรูปทรงกระบอกกลม สำหรับเลเซอร์ มักใช้คริสตัลขนาดต่อไปนี้: ความยาว L = 5 ซม., เส้นผ่านศูนย์กลาง d = 1 ซม. หลอดไฟซีนอนและคริสตัลทับทิมวางอยู่ในช่องรูปไข่ที่มีพื้นผิวด้านในสะท้อนแสงสูง เพื่อให้แน่ใจว่าการแผ่รังสีของหลอดไฟซีนอนกระทบกับทับทิม จึงวางคริสตัลทับทิมและหลอดไฟซึ่งมีรูปทรงทรงกระบอกกลมด้วย จะถูกวางไว้ที่จุดโฟกัสของส่วนรูปไข่ของช่องขนานกับกำเนิดของมัน ด้วยเหตุนี้ การแผ่รังสีที่มีความหนาแน่นเกือบเท่ากับความหนาแน่นของรังสีที่แหล่งกำเนิดปั๊มจึงมุ่งตรงไปที่ทับทิม

ปลายด้านหนึ่งของคริสตัลทับทิมถูกตัดเพื่อให้มั่นใจถึงการสะท้อนและการกลับของลำแสงที่สมบูรณ์จากขอบของการตัด การตัดนี้มาแทนที่กระจกเลเซอร์ตัวใดตัวหนึ่ง ปลายที่สองของคริสตัลทับทิมถูกตัดเป็นมุมของบรูว์สเตอร์ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าลำแสงออกจากคริสตัลทับทิมโดยไม่สะท้อนด้วยโพลาไรเซชันเชิงเส้นที่เหมาะสม กระจกสะท้อนเสียงอันที่สองวางอยู่ในเส้นทางของลำแสงนี้ ดังนั้นการแผ่รังสีจากเลเซอร์ทับทิมจึงมีโพลาไรซ์เชิงเส้น

เลเซอร์ฮีเลียมนีออนตัวกลางที่ใช้งานอยู่คือส่วนผสมของก๊าซฮีเลียมและนีออน การสร้างเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานของนีออน และฮีเลียมมีบทบาทเป็นตัวกลางในการถ่ายเทพลังงานไปยังอะตอมของนีออนเพื่อสร้างการผกผันของประชากร

โดยหลักการแล้ว นีออนสามารถสร้างการศึกษาเกี่ยวกับเลเซอร์ได้จากการเปลี่ยนผ่านมากกว่า 130 ครั้ง อย่างไรก็ตาม เส้นที่มีความเข้มมากที่สุดอยู่ที่ความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร, 1.15 และ 3.39 ไมโครเมตร คลื่น 632.8 นาโนเมตรอยู่ในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม และคลื่น 1.15 และ 3.39 ไมครอนอยู่ในอินฟราเรด

เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านส่วนผสมของก๊าซฮีเลียม-นีออนโดยการกระแทกของอิเล็กตรอน อะตอมฮีเลียมจะตื่นเต้นกับสถานะ 2 3 S และ 2 2 S ซึ่งสามารถแพร่กระจายได้ เนื่องจากการเปลี่ยนไปสู่สถานะพื้นจากสิ่งเหล่านั้นเป็นสิ่งต้องห้ามโดยการเลือกเชิงกลของควอนตัม กฎ. เมื่อกระแสผ่านไป อะตอมจะสะสมที่ระดับเหล่านี้ เมื่ออะตอมฮีเลียมที่ถูกตื่นเต้นชนกับอะตอมนีออนที่ไม่ได้รับความตื่นเต้น พลังงานกระตุ้นจะถูกส่งไปยังอะตอมอย่างหลัง การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพมากเนื่องจากความบังเอิญที่ดีของพลังงานในระดับที่สอดคล้องกัน เป็นผลให้ประชากรผกผันถูกสร้างขึ้นที่ระดับ 3S และ 2S ของนีออนเทียบกับระดับ 2P และ 3P ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ในการสร้างรังสีเลเซอร์ เลเซอร์สามารถทำงานในโหมดต่อเนื่องได้ การแผ่รังสีของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนเป็นแบบโพลาไรซ์เชิงเส้น โดยทั่วไป ความดันของฮีเลียมในห้องคือ 332 Pa และความดันของนีออนคือ 66 Pa แรงดันคงที่บนท่อประมาณ 4 kV กระจกบานหนึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนอยู่ที่ 0.999 และกระจกบานที่สองที่รังสีเลเซอร์ออกไปมีค่าประมาณ 0.990 ไดอิเล็กทริกหลายชั้นถูกใช้เป็นกระจก เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ต่ำกว่าไม่รับประกันว่าจะถึงเกณฑ์การเลเซอร์

เลเซอร์แก๊ส- พวกมันอาจเป็นเลเซอร์ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบันและมีความเหนือกว่าเลเซอร์ทับทิมในเรื่องนี้ การวิจัยส่วนใหญ่ดำเนินการเกี่ยวกับเลเซอร์แก๊สด้วย ในบรรดาเลเซอร์แก๊สประเภทต่างๆ เป็นไปได้ที่จะค้นหาเลเซอร์ที่ตรงกับความต้องการเลเซอร์เกือบทุกประเภท ยกเว้นพลังงานที่สูงมากในบริเวณสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในโหมดพัลซิ่ง กำลังไฟฟ้าสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทดลองหลายครั้งเมื่อศึกษาคุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นของวัสดุ ปัจจุบันเลเซอร์แก๊สยังไม่ได้รับกำลังสูงด้วยเหตุผลง่ายๆ ที่ว่าความหนาแน่นของอะตอมในเลเซอร์ไม่สูงพอ อย่างไรก็ตาม สำหรับวัตถุประสงค์อื่นๆ เกือบทั้งหมด เลเซอร์แก๊สชนิดเฉพาะสามารถพบได้ซึ่งจะเหนือกว่าเลเซอร์โซลิดสเตตเลเซอร์และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่สูบด้วยแสง มีการทุ่มเทความพยายามอย่างมากในการทำให้เลเซอร์เหล่านี้สามารถแข่งขันกับเลเซอร์แก๊สได้ และประสบความสำเร็จในบางกรณี แต่ก็อยู่ในขอบเขตของความเป็นไปได้เสมอ ในขณะที่เลเซอร์แก๊สไม่แสดงสัญญาณของความนิยมที่ลดลง

ลักษณะเฉพาะของเลเซอร์แก๊สมักเกิดจากการที่พวกมันเป็นแหล่งของสเปกตรัมอะตอมหรือโมเลกุลตามกฎแล้ว ดังนั้นจึงทราบความยาวคลื่นของการเปลี่ยนภาพได้อย่างแม่นยำ พวกมันถูกกำหนดโดยโครงสร้างอะตอมและมักจะไม่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข สิ่งแวดล้อม- ความเสถียรของความยาวคลื่นเลเซอร์ภายใต้ความพยายามบางอย่างสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับความเสถียรของการปล่อยแสงที่เกิดขึ้นเอง ขณะนี้มีเลเซอร์ที่มีเอกรงค์เดียวที่ดีกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ด้วยตัวเลือกที่เหมาะสมของตัวกลางแอคทีฟ เลเซอร์สามารถทำได้ในส่วนใดๆ ของสเปกตรัม ตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลต (~2OOO A) ไปจนถึงบริเวณอินฟราเรดไกล (~0.4 มม.) ซึ่งครอบคลุมบริเวณไมโครเวฟบางส่วน

ไม่มีเหตุผลที่จะสงสัยว่าในอนาคตจะสามารถสร้างเลเซอร์สำหรับบริเวณอัลตราไวโอเลตสุญญากาศของสเปกตรัมได้ในอนาคต การทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซทำงานช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเป็นเนื้อเดียวกันทางแสงของตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำซึ่งช่วยให้สามารถใช้ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายในการอธิบายโครงสร้างของโหมดตัวสะท้อนเสียงและให้ความมั่นใจว่าคุณสมบัติของสัญญาณเอาท์พุตนั้นใกล้เคียงกับสัญญาณทางทฤษฎี . แม้ว่าประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกระตุ้นการปล่อยก๊าซในเลเซอร์แก๊สไม่สามารถสูงเท่ากับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้ เนื่องจากความเรียบง่ายในการควบคุมการปล่อยก๊าซเลเซอร์จึงกลายเป็นวิธีที่สะดวกที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ในการทำงาน หนึ่งในเครื่องมือห้องปฏิบัติการ เมื่อพูดถึงพลังงานต่อเนื่องสูง (ตรงข้ามกับพลังงานพัลซิ่ง) ธรรมชาติของเลเซอร์แก๊สช่วยให้เลเซอร์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเลเซอร์ประเภทอื่น ๆ ทั้งหมดในเรื่องนี้

ค0 2 -เลเซอร์ที่มีปริมาตรปิดโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ก็เหมือนกับโมเลกุลอื่นๆ ที่มีสเปกตรัมแบบแถบเนื่องจากมีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนและการหมุน การเปลี่ยนแปลงที่ใช้ในเลเซอร์ CO 2 จะสร้างรังสีที่มีความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน กล่าวคือ จะอยู่ในบริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัม เมื่อใช้ระดับการสั่นสะเทือน ความถี่การแผ่รังสีจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในช่วงตั้งแต่ประมาณ 9.2 ถึง 10.8 μm พลังงานถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุล CO 2 จากโมเลกุลไนโตรเจน N 2 ซึ่งตัวเองถูกกระตุ้นโดยผลกระทบของอิเล็กตรอนเมื่อกระแสไหลผ่านส่วนผสม

สถานะตื่นเต้นของโมเลกุลไนโตรเจน N2 นั้นสามารถแพร่กระจายได้และอยู่ห่างจากระดับพื้นดิน 2,318 ซม. -1 ซึ่งใกล้กับระดับพลังงาน (001) ของโมเลกุล CO2 มาก เนื่องจากความสามารถในการแพร่กระจายของสถานะตื่นเต้นของ N2 จำนวนอะตอมที่ถูกตื่นเต้นจึงสะสมในระหว่างที่กระแสไหลผ่าน เมื่อ N 2 ชนกับ CO 2 จะเกิดการถ่ายโอนพลังงานกระตุ้นจาก N 2 ไปยัง CO 2 แบบเรโซแนนซ์ ผลก็คือ การผกผันของประชากรเกิดขึ้นระหว่างระดับ (001), (100), (020) ของโมเลกุล CO 2 โดยปกติแล้ว เพื่อลดจำนวนประชากรในระดับ (100) ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งทำให้การผลิตลดลงเมื่อเปลี่ยนผ่านไปสู่ระดับนี้ จึงจะมีการเติมฮีเลียม ภายใต้สภาวะทั่วไป ส่วนผสมของก๊าซในเลเซอร์ประกอบด้วยฮีเลียม (1330 Pa) ไนโตรเจน (133 Pa) และคาร์บอนไดออกไซด์ (133 Pa)

เมื่อเลเซอร์ CO 2 ทำงาน โมเลกุลของ CO 2 จะสลายตัวเป็น CO และ O ส่งผลให้ตัวกลางที่ทำงานอยู่อ่อนลง จากนั้น CO จะสลายตัวเป็น C และ O และคาร์บอนจะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรดและผนังของท่อ ทั้งหมดนี้ทำให้การทำงานของเลเซอร์ CO 2 แย่ลง เพื่อเอาชนะผลกระทบที่เป็นอันตรายของปัจจัยเหล่านี้ ไอน้ำจะถูกเติมเข้าไปในระบบปิดซึ่งจะช่วยกระตุ้นปฏิกิริยา

CO + O ® CO 2 .

มีการใช้อิเล็กโทรดแพลตตินัมซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยานี้ เพื่อเพิ่มการจ่ายตัวกลางที่ใช้งาน เครื่องสะท้อนเสียงจะเชื่อมต่อกับภาชนะเพิ่มเติมที่ประกอบด้วย CO 2, N 2, He ซึ่งจะถูกเติมในปริมาณที่ต้องการลงในปริมาตรของช่องเพื่อรักษาสภาพการทำงานของเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด เลเซอร์ CO 2 แบบปิดดังกล่าวสามารถทำงานได้หลายพันชั่วโมง

โฟลว์ บจก 2 -เลเซอร์การปรับเปลี่ยนที่สำคัญคือเลเซอร์ CO 2 ที่ไหลผ่านซึ่งมีส่วนผสมของก๊าซ CO 2 , N 2 , เขาถูกสูบอย่างต่อเนื่องผ่านเครื่องสะท้อนเสียง เลเซอร์ดังกล่าวสามารถสร้างรังสีต่อเนื่องต่อเนื่องด้วยกำลังมากกว่า 50 วัตต์ต่อเมตรของความยาวของตัวกลางที่ทำงานอยู่

เลเซอร์นีโอดิเมียมชื่ออาจทำให้เข้าใจผิด ตัวเลเซอร์ไม่ใช่โลหะนีโอไดเมียม แต่เป็นแก้วธรรมดาที่มีส่วนผสมของนีโอไดเมียม ไอออนของอะตอมนีโอไดเมียมจะกระจายแบบสุ่มระหว่างอะตอมของซิลิคอนและออกซิเจน การสูบน้ำทำได้ด้วยโคมไฟฟ้าผ่า หลอดไฟผลิตรังสีในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.5 ถึง 0.9 ไมครอน อาการตื่นเต้นมากมายปรากฏขึ้น อะตอมทำการเปลี่ยนผ่านแบบไม่แผ่รังสีไปยังระดับเลเซอร์ด้านบน การเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งจะสร้างพลังงานที่แตกต่างกัน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานการสั่นสะเทือนของอะตอมทั้ง "ขัดแตะ"

การแผ่รังสีเลเซอร์เช่น เปลี่ยนเป็นระดับล่างที่ว่างเปล่า มีความยาวคลื่น 1.06 µm

ที-เลเซอร์ในการใช้งานจริงหลายประเภท เลเซอร์ CO 2 มีบทบาทสำคัญ โดยที่ส่วนผสมที่ใช้งานอยู่ภายใต้ความดันบรรยากาศและตื่นเต้นด้วยสนามไฟฟ้าตามขวาง (T เลเซอร์) เนื่องจากอิเล็กโทรดตั้งอยู่ขนานกับแกนของเรโซเนเตอร์เพื่อให้ได้ค่าความแรงของสนามไฟฟ้าในเรโซเนเตอร์จำนวนมากจึงจำเป็นต้องมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดค่อนข้างน้อยซึ่งทำให้สามารถทำงานในโหมดพัลซิ่งที่บรรยากาศ ความดันเมื่อความเข้มข้นของ CO 2 ในตัวสะท้อนกลับสูง ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานสูง โดยปกติจะสูงถึง 10 MW หรือมากกว่านั้นในหนึ่งพัลส์รังสีที่มีระยะเวลาน้อยกว่า 1 μs อัตราการทำซ้ำของพัลส์ในเลเซอร์ดังกล่าวมักจะเป็นหลายพัลส์ต่อนาที

แก๊สไดนามิกเลเซอร์ส่วนผสมของ CO 2 และ N 2 ที่ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (1,000-2,000 K) จะไหลด้วยความเร็วสูงผ่านหัวฉีดที่ขยายตัว และระบายความร้อนได้อย่างมาก ระดับพลังงานด้านบนและด้านล่างมีฉนวนความร้อนในอัตราที่ต่างกัน ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของประชากรผกผัน ด้วยเหตุนี้ ด้วยการสร้างตัวสะท้อนแสงที่ทางออกจากหัวฉีด จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างรังสีเลเซอร์เนื่องจากจำนวนประชากรผกผันนี้ เลเซอร์ที่ทำงานบนหลักการนี้เรียกว่าแก๊สไดนามิก ทำให้สามารถรับพลังงานรังสีที่สูงมากในโหมดต่อเนื่องได้

เลเซอร์สีสีย้อมเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนมากซึ่งมีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนสูง ระดับพลังงานในย่านสเปกตรัมจะอยู่เกือบต่อเนื่อง เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ภายในโมเลกุล โมเลกุลอย่างรวดเร็ว (ในเวลาประมาณ 10 -11 -10 -12 วินาที) จะผ่านไปโดยไม่มีการแผ่รังสีไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่าของแต่ละแบนด์ ดังนั้น หลังจากที่โมเลกุลถูกตื่นเต้น หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ โมเลกุลที่ตื่นเต้นทั้งหมดจะมีสมาธิที่ระดับล่างของแถบ E 1 จากนั้นพวกเขาก็มีความสามารถในการเปลี่ยนผ่านของการแผ่รังสีไปยังระดับพลังงานใดๆ ของแถบความถี่ด้านล่าง ดังนั้นการแผ่รังสีของความถี่เกือบทุกความถี่จึงเป็นไปได้ในช่วงเวลาที่สอดคล้องกับความกว้างของแถบศูนย์ ซึ่งหมายความว่าหากโมเลกุลของสีย้อมถูกนำไปใช้เป็นสารออกฤทธิ์เพื่อสร้างรังสีเลเซอร์ การปรับความถี่ของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่เกิดขึ้นก็สามารถทำได้โดยขึ้นอยู่กับการตั้งค่าตัวสะท้อน ดังนั้นจึงมีการสร้างเลเซอร์ย้อมที่มีความถี่ในการสร้างแบบปรับได้ เลเซอร์สีจะถูกสูบโดยหลอดปล่อยก๊าซหรือโดยการแผ่รังสีจากเลเซอร์อื่นๆ

การเลือกความถี่ในการสร้างทำได้โดยการสร้างเกณฑ์การสร้างสำหรับช่วงความถี่แคบเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ตำแหน่งของปริซึมและกระจกถูกเลือกเพื่อให้เฉพาะรังสีที่มีความยาวคลื่นที่แน่นอนเท่านั้นที่จะกลับคืนสู่ตัวกลางหลังจากการสะท้อนจากกระจก เนื่องจากการกระจายตัวและการหักเหของมุมที่แตกต่างกัน การสร้างเลเซอร์มีไว้สำหรับความยาวคลื่นดังกล่าวเท่านั้น ด้วยการหมุนปริซึม คุณจะสามารถปรับความถี่ของการแผ่รังสีเลเซอร์สีย้อมได้อย่างต่อเนื่อง การเลเซอร์ทำได้โดยใช้สีย้อมหลายชนิด ซึ่งทำให้สามารถรับรังสีเลเซอร์ได้ไม่เพียงแต่ในช่วงแสงทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังอยู่ในส่วนสำคัญของบริเวณอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมด้วย

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ตัวอย่างหลักของการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์คืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแม่เหล็ก-แสง (MO)

หลักการทำงานของการจัดเก็บ MO

ไดรฟ์ MO สร้างขึ้นจากการผสมผสานหลักการจัดเก็บข้อมูลแบบแม่เหล็กและแบบออปติคัล ข้อมูลถูกเขียนโดยใช้ลำแสงเลเซอร์และสนามแม่เหล็ก และอ่านโดยใช้เพียงเลเซอร์เท่านั้น

ในระหว่างกระบวนการบันทึกบนดิสก์ MO ลำแสงเลเซอร์จะให้ความร้อนบางจุดบนดิสก์ และภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงขั้วสำหรับจุดที่ให้ความร้อนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนขั้วของจุดได้ . หลังจากทำความร้อนเสร็จแล้ว ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ขั้วของจุดให้ความร้อนยังคงอยู่ตามสนามแม่เหล็กที่ใช้กับจุดนั้นในขณะที่ให้ความร้อน

ในไดรฟ์ MO ปัจจุบัน จะใช้สองรอบในการบันทึกข้อมูล: รอบการลบและรอบการเขียน ในระหว่างกระบวนการลบ สนามแม่เหล็กจะมีขั้วเดียวกัน ซึ่งสอดคล้องกับเลขศูนย์ไบนารี ลำแสงเลเซอร์จะทำความร้อนตามลำดับไปยังพื้นที่ที่ถูกลบทั้งหมด และเขียนลำดับของศูนย์ลงในดิสก์ ในระหว่างรอบการเขียน ขั้วของสนามแม่เหล็กจะกลับกันซึ่งสอดคล้องกับขั้วแม่เหล็ก ในรอบนี้ ลำแสงเลเซอร์จะเปิดเฉพาะในพื้นที่ที่ควรมีไบนารี่ โดยไม่เปลี่ยนแปลงพื้นที่ที่มีเลขศูนย์ไบนารี

ในกระบวนการอ่านจากดิสก์ MO จะใช้เอฟเฟกต์ Kerr ซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนระนาบโพลาไรเซชันของการสะท้อน ลำแสงเลเซอร์ขึ้นอยู่กับทิศทางของสนามแม่เหล็กขององค์ประกอบที่สะท้อน องค์ประกอบสะท้อนแสงในกรณีนี้คือจุดบนพื้นผิวของดิสก์ ซึ่งถูกแม่เหล็กระหว่างการบันทึก ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลที่เก็บไว้หนึ่งบิต เมื่ออ่าน จะใช้ลำแสงเลเซอร์ความเข้มต่ำ ซึ่งไม่ทำให้พื้นที่อ่านร้อนขึ้น ดังนั้นข้อมูลที่เก็บไว้จึงไม่ถูกทำลายระหว่างการอ่าน

วิธีการนี้แตกต่างจากวิธีปกติที่ใช้ ออปติคัลดิสก์ไม่ทำให้พื้นผิวของแผ่นดิสก์เสียรูปและช่วยให้สามารถบันทึกซ้ำได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม วิธีนี้มีข้อได้เปรียบเหนือการบันทึกด้วยแม่เหล็กแบบดั้งเดิมในแง่ของความน่าเชื่อถือ เนื่องจากการเติมแม่เหล็กของส่วนของดิสก์สามารถทำได้ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงเท่านั้น ความน่าจะเป็นของการกลับตัวของแม่เหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจจึงต่ำมาก ตรงกันข้ามกับการบันทึกแม่เหล็กแบบเดิม ซึ่งการสูญเสียอาจเกิดจากสนามแม่เหล็กแบบสุ่ม

ขอบเขตของการใช้ดิสก์ MO ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติสูงในแง่ของความน่าเชื่อถือ ปริมาตร และความสามารถในการเปลี่ยนได้ ดิสก์ MO จำเป็นสำหรับงานที่ต้องใช้พื้นที่ดิสก์ขนาดใหญ่ งานเหล่านี้เป็นงานเช่นการประมวลผลภาพและเสียง อย่างไรก็ตาม การเข้าถึงข้อมูลด้วยความเร็วต่ำไม่ได้ทำให้สามารถใช้ดิสก์ MO สำหรับงานที่มีปฏิกิริยาของระบบวิกฤติได้ ดังนั้นการใช้ดิสก์ MO ในงานดังกล่าวจึงลดลงเพื่อจัดเก็บข้อมูลชั่วคราวหรือสำรองข้อมูลไว้ การใช้งานดิสก์ MO ที่เป็นประโยชน์อย่างมากคือการสำรองฮาร์ดไดรฟ์หรือฐานข้อมูล ต่างจากเทปไดรฟ์ที่แต่ก่อนใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ การจัดเก็บข้อมูลสำรองไว้ในดิสก์ MO จะเพิ่มความเร็วของการกู้คืนข้อมูลได้อย่างมากหลังจากเกิดความล้มเหลว สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าดิสก์ MO เป็นอุปกรณ์เข้าถึงโดยสุ่มซึ่งช่วยให้คุณสามารถกู้คืนเฉพาะข้อมูลที่ล้มเหลวเท่านั้น นอกจากนี้ ด้วยวิธีการกู้คืนนี้ ไม่จำเป็นต้องหยุดระบบโดยสิ้นเชิงจนกว่าข้อมูลจะได้รับการกู้คืนอย่างสมบูรณ์ ข้อดีเหล่านี้เมื่อรวมกับความน่าเชื่อถือสูงของการจัดเก็บข้อมูล ทำให้การใช้ดิสก์ MO สำหรับการสำรองข้อมูลมีกำไร แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเทปไดรฟ์ก็ตาม

ขอแนะนำให้ใช้ดิสก์ MO เมื่อทำงานกับข้อมูลส่วนตัวจำนวนมาก การเปลี่ยนดิสก์อย่างง่ายดายช่วยให้คุณใช้งานได้เฉพาะระหว่างทำงานโดยไม่ต้องกังวลกับการปกป้องคอมพิวเตอร์ของคุณในช่วงเวลาไม่ทำงาน สามารถจัดเก็บข้อมูลไว้ในที่แยกต่างหากและได้รับการป้องกัน คุณสมบัติเดียวกันนี้ทำให้ดิสก์ MO เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องขนส่งไดรฟ์ข้อมูลจำนวนมากจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เช่น จากที่ทำงานไปที่บ้านและด้านหลัง

โอกาสหลักในการพัฒนาดิสก์ MO นั้นเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความเร็วในการบันทึกข้อมูลเป็นหลัก ความเร็วที่ช้าถูกกำหนดโดยอัลกอริธึมการบันทึกสองรอบเป็นหลัก ในอัลกอริทึมนี้ ค่าศูนย์และค่าจะถูกเขียนในการผ่านที่ต่างกัน เนื่องจากสนามแม่เหล็กซึ่งกำหนดทิศทางของโพลาไรเซชันของจุดเฉพาะบนดิสก์ ไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางได้เร็วพอ

ทางเลือกที่สมจริงที่สุดสำหรับการบันทึกแบบสองรอบคือเทคโนโลยีที่อิงจากการเปลี่ยนเฟส บริษัทผู้ผลิตบางแห่งได้นำระบบดังกล่าวไปใช้แล้ว มีการพัฒนาอื่นๆ หลายประการในทิศทางนี้ที่เกี่ยวข้องกับสีย้อมโพลีเมอร์และการปรับสนามแม่เหล็กและพลังงานการแผ่รังสีเลเซอร์

เทคโนโลยีการเปลี่ยนเฟสขึ้นอยู่กับความสามารถของสารในการเปลี่ยนจากสถานะผลึกไปเป็นสถานะอสัณฐาน ก็เพียงพอที่จะส่องสว่างจุดหนึ่งบนพื้นผิวของดิสก์ด้วยลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลังบางอย่างและสาร ณ จุดนี้จะกลายเป็นสถานะสัณฐาน ในกรณีนี้ การสะท้อนของดิสก์ ณ จุดนี้จะเปลี่ยนไป การเขียนข้อมูลเกิดขึ้นเร็วกว่ามาก แต่ในขณะเดียวกันพื้นผิวของดิสก์ก็มีรูปร่างผิดปกติ ซึ่งจะจำกัดจำนวนรอบการเขียนใหม่

ปัจจุบันเทคโนโลยีกำลังได้รับการพัฒนาซึ่งช่วยให้ขั้วของสนามแม่เหล็กสามารถกลับด้านได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาโนวินาที ซึ่งจะช่วยให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงพร้อมกันกับการมาถึงของข้อมูลสำหรับการบันทึก นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีที่ใช้การปรับการแผ่รังสีเลเซอร์ ในเทคโนโลยีนี้ ไดรฟ์ทำงานในสามโหมด: โหมดการอ่านความเข้มต่ำ โหมดการเขียนความเข้มปานกลาง และโหมดการเขียนความเข้มสูง การปรับความเข้มของลำแสงเลเซอร์ต้องใช้โครงสร้างดิสก์ที่ซับซ้อนมากขึ้น และการเพิ่มแม่เหล็กเริ่มต้นที่ติดตั้งไว้ที่ด้านหน้าของแม่เหล็กไบแอส และมีขั้วตรงข้ามกับกลไกของดิสก์ไดรฟ์ ในตัวมาก กรณีง่ายๆดิสก์มีเลเยอร์การทำงานสองชั้น - การเริ่มต้นและการบันทึก ชั้นเตรียมใช้งานทำจากวัสดุที่แม่เหล็กเตรียมใช้งานสามารถเปลี่ยนขั้วได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับเลเซอร์เพิ่มเติม

แน่นอนว่าดิสก์ MO เป็นอุปกรณ์ที่มีแนวโน้มและพัฒนาอย่างรวดเร็วซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นได้ด้วยข้อมูลจำนวนมาก แต่การพัฒนาเพิ่มเติมนั้นไม่เพียงขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีในการบันทึกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความก้าวหน้าในด้านสื่อบันทึกข้อมูลอื่น ๆ ด้วย และหากไม่มีการคิดค้นวิธีการจัดเก็บข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ดิสก์ MO อาจมีบทบาทที่โดดเด่น

ในปัจจุบัน เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงความก้าวหน้าทางการแพทย์ที่ปราศจากเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งได้เปิดโอกาสใหม่ในการแก้ไขปัญหามากมาย ปัญหาทางการแพทย์- การศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นและระดับพลังงานที่แตกต่างกันบนเนื้อเยื่อชีวภาพทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์การแพทย์เลเซอร์แบบมัลติฟังก์ชั่นได้ ซึ่งขอบเขตของการประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติทางคลินิกนั้นกว้างมากจนเป็นเรื่องยากมากที่จะตอบ คำถาม: รักษาโรคใดบ้างที่ไม่ใช้เลเซอร์?
การพัฒนายารักษาโรคด้วยเลเซอร์มี 3 สาขาหลัก ได้แก่ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ การรักษาด้วยเลเซอร์ และการวินิจฉัยด้วยเลเซอร์

การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ใช้เลเซอร์ที่ค่อนข้างทรงพลังซึ่งมีกำลังรังสีเฉลี่ยหลายสิบวัตต์ ซึ่งสามารถให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อชีวภาพอย่างรุนแรง ซึ่งนำไปสู่การตัดหรือการระเหย ลักษณะเหล่านี้และคุณลักษณะอื่นๆ ของเลเซอร์ผ่าตัดจะเป็นตัวกำหนดการใช้งานประเภทต่างๆ ในการผ่าตัด โดยใช้งานบนสื่อแอคทีฟเลเซอร์ที่แตกต่างกัน

คุณสมบัติเฉพาะของลำแสงเลเซอร์ช่วยให้คุณดำเนินการได้เร็วยิ่งขึ้น การดำเนินการที่เป็นไปไม่ได้วิธีการใหม่ที่มีประสิทธิภาพและมีการบุกรุกน้อยที่สุด

ระบบเลเซอร์ศัลยกรรมให้:

• การกลายเป็นไอของการสัมผัสและไม่สัมผัสอย่างมีประสิทธิภาพและการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพ
• สนามผ่าตัดแห้ง
• ความเสียหายเล็กน้อยต่อเนื้อเยื่อรอบข้าง
• hemo- และ aerostasis ที่มีประสิทธิภาพ
• การหยุดท่อน้ำเหลือง
• ความแห้งแล้งและความไม่ยืดหยุ่นสูง
• ความเข้ากันได้กับเครื่องมือส่องกล้องและส่องกล้อง

ทำให้สามารถใช้เลเซอร์ผ่าตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อดำเนินการผ่าตัดที่หลากหลาย:
ในระบบทางเดินปัสสาวะ:

ในหมู่ผู้หญิง

• การทำศัลยกรรมตกแต่งริมฝีปากใหญ่ ริมฝีปากเล็ก และฝีเย็บ
• การทำศัลยกรรมพลาสติกฝีเย็บสำหรับอาการแตกหลังคลอดและบาดแผล
• การทำศัลยกรรมพลาสติกเพื่อรักษาความผิดปกติของแผลเป็นของปากมดลูก
• Refloration (การฟื้นฟูเยื่อพรหมจารี)

ในความเป็นชาย

• การแก้ไขด้วยเลเซอร์ของ frenulum ของอวัยวะเพศชาย
• การขลิบ (การรักษาด้วยเลเซอร์ของ filmosis)
• การกำจัดถุงน้ำดีของอวัยวะเพศชาย ท่อปัสสาวะ ฝีเย็บ และบริเวณรอบทวารหนัก

ในนรีเวชวิทยา:

• การรักษาด้วยเลเซอร์สำหรับโรคพื้นหลังและมะเร็งปากมดลูก (การพังทลายของมะเร็งเม็ดเลือดขาว โปลิป ซีสต์ Nabothian โรคคอนดีโลมา dysplasia)
• การรักษาด้วยเลเซอร์และการกำจัดถุงน้ำดีของอวัยวะเพศภายนอกด้วยเลเซอร์ (ขึ้นอยู่กับความชุกของกระบวนการ)
• การรักษาด้วยเลเซอร์และการกำจัดถุงน้ำดีของผิวหนังบริเวณฝีเย็บและบริเวณรอบทวารหนักด้วยเลเซอร์
• การรักษาโรค dystrophic ของช่องคลอด

ในด้านศัลยกรรมกระดูก:การรักษา hallux valgus, เล็บเท้าคุด, ฯลฯ.

เครื่องสำอางค์ก็ไม่ถูกละเลยเช่นกัน เลเซอร์ใช้สำหรับการกำจัดขน และสำหรับการรักษาข้อบกพร่องของหลอดเลือดและเม็ดสีผิว การกำจัดหูดและ papillomas และสำหรับการผลัดผิว และสำหรับการลบรอยสักและจุดด่างอายุ ฯลฯ

ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เลเซอร์เริ่มต้นขึ้นในปี 1916 เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของรังสีกับสสารซึ่งรวมถึงแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องขยายสัญญาณควอนตัมและเครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี 1960 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Theodore Maiman จากผลงานของ N. Basov, A. Prokhorov และ C. Townes ได้ออกแบบเลเซอร์ทับทิมตัวแรกที่มีความยาวคลื่น 0.69 ไมครอน ในปีเดียวกันนั้น Dr. Leon Goldman ใช้เลเซอร์ทับทิมเพื่อทำลายรูขุมขน นี่คือจุดเริ่มต้นของประวัติศาสตร์ของการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ขนาดใหญ่ในเวชศาสตร์ความงาม

ในปี 1983 แอนเดอร์สันและแพร์ริชเสนอวิธีการโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบคัดเลือกซึ่งขึ้นอยู่กับความสามารถของเนื้อเยื่อชีวภาพในการดูดซับรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นบางช่วงซึ่งนำไปสู่การทำลายล้างในท้องถิ่น เมื่อดูดซับโดยโครโมฟอร์หลักของผิวหนัง - น้ำฮีโมโกลบินหรือเมลานิน - พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของรังสีเลเซอร์จะถูกแปลงเป็นความร้อนซึ่งทำให้เกิดความร้อนและการแข็งตัวของโครโมฟอร์

วิทยาความงามด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในสาขาเวชศาสตร์ความงามที่เติบโตเร็วที่สุด เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาการฟื้นฟูที่มองเห็นได้นั้นสัมพันธ์กับการทำงาน ศัลยแพทย์พลาสติกทุกวันนี้ร้านเสริมสวยที่มีชื่อเสียงทุกแห่งมีอุปกรณ์เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น ภาพถ่าย ระบบ IPL หรือเลเซอร์ พลังงานแห่งแสงได้เข้ามาช่วยเหลือแพทย์ด้านความงามแล้ว

วันนี้มีมากมายที่แตกต่างกัน อุปกรณ์เลเซอร์และพวกเขาก็เข้าสู่วิทยาการด้านความงามด้วยการใช้เลเซอร์ผลัดผิว นี่คือสิ่งที่ทำหน้าที่เป็นบัตรโทรศัพท์สำหรับเลเซอร์ด้านความงาม ลำแสงอันทรงพลังที่อยู่ตรงหน้าดวงตาช่วยปรับความไม่สม่ำเสมอของผิวหนังบริเวณซิคาทริก กำจัดชั้นบนสุดของหนังกำพร้าออก และตามด้วยการสร้างเม็ดสีที่ไม่พึงประสงค์ จากนั้นไม่สำคัญว่าผิวหนังที่ได้รับบาดเจ็บสาหัสจะหายเป็นปกติใน 2 สัปดาห์ - สิ่งสำคัญ เป็นผลดีเลิศจนทั้งแพทย์และคนไข้พอใจ รอยแผลเป็นและรอยแผลเป็นเป็นปัญหาที่เกี่ยวข้องตลอดเวลา

เลเซอร์กำจัดขนปรากฏเมื่อไม่เกิน 30 ปีที่แล้ว สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของทฤษฎี "selective photothermolysis" มันพูดถึงความจริงที่ว่าเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่มีสี (ผม, หลอดเลือดบนพื้นผิวของผิวหนัง, จุดเม็ดสี) เลือกดูดซับแสงในขณะที่ให้ความร้อนและทำลาย ทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์ในปี 1986 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกา ซึ่งนำโดยแพทย์ผิวหนัง Rox Anderson ดังนั้นบนพื้นฐานของสิ่งนี้ในปี 1994 อุปกรณ์แรกสำหรับ การถ่ายภาพ, ก อุปกรณ์เลเซอร์สำหรับการกำจัดขนด้วยเลเซอร์เข้าสู่ตลาดเฉพาะในปี 1996

ทำอะไร" โฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเลือกสรรประเด็นทั้งหมดก็คือลำแสงเลเซอร์ที่กระทบเนื้อเยื่อที่มีชีวิตโดยเฉพาะผิวหนังส่งผลต่อส่วนประกอบของผิวหนังในรูปแบบต่างๆ ส่วนประกอบหลักของผิวหนังที่ดูดซับแสง ได้แก่ น้ำ เมลานิน และฮีโมโกลบิน สารเหล่านี้เรียกว่า โครโมฟอร์ของผิวหนัง Spectra การดูดซึมของสารเหล่านี้จะแตกต่างกัน

ด้วยสเปกตรัมรังสีที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม อุปกรณ์ด้านความงามที่มีแสงประดิษฐ์และแหล่งความร้อนทำให้สามารถเลือกมีอิทธิพลต่อโครงสร้างของเนื้อเยื่อเป้าหมายได้ เช่น ทำให้เกิดการแข็งตัวของเนื้อเยื่อ เมื่อดำเนินการตามขั้นตอนโดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพ เพื่อให้ได้ผล ผลที่ได้คือบนหลอดเลือดผิวเผิน (ฮีโมโกลบิน) บนเส้นผมและ รูขุมขน(เมลานิน) ต่อคอลลาเจนและอีลาสตินในชั้นหนังแท้ เมื่อทำการบำบัดสิวจะมีการดำเนินการคัดเลือก อักเสบของเสียจากแบคทีเรีย ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ผลลัพธ์ของผลกระทบคือการทำให้โครงสร้างที่สอดคล้องกันของเนื้อเยื่อเป้าหมายไปสู่อุณหภูมิวิกฤต ซึ่งตัวมันเองและ/หรือเนื้อเยื่อที่อยู่รอบ ๆ นั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวร กระบวนการเลือกให้ความร้อนแก่โครงสร้างเนื้อเยื่อเป้าหมายโดยใช้แหล่งกำเนิด หลากหลายการแผ่รังสีเรียกว่าโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเลือกสรร

ตามหลักการของการคัดเลือกโฟโตเทอร์โมไลซิสโดยใช้นาโนเทคโนโลยี กระบวนการใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการแยกโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบแยกส่วน (Fraxel) ได้รับการพัฒนาขึ้น ช่วยให้คุณสามารถปรับปรุงคุณภาพของผิว ขจัดเม็ดสีริ้วรอยที่ไม่พึงประสงค์ และช่วยยกกระชับเนื้อเยื่อของใบหน้า ลำคอ และเนินอกได้อย่างดีเยี่ยม เซสชั่นโฟโตเทอร์โมไลซิสแบบเศษส่วนให้ผลลัพธ์ที่ดีในการรักษาผลที่ตามมาของสิว (รอยแผลเป็นหลังสิว) ขั้นตอน Fraxel ต่างจากวิธีการแก้ไขอื่นๆ ตรงที่ให้ความสะดวกสบายและไม่เจ็บปวด อีกทั้งยังช่วยฟื้นฟูร่างกายได้อย่างรวดเร็วอีกด้วย

ดังนั้น แนวคิดซ้ำซากเกี่ยวกับเลเซอร์ในฐานะเครื่องมือขนาดใหญ่ เช่น ไฮเปอร์โบลอยด์ของวิศวกรการิน จึงจมลงสู่การลืมเลือน เวลาผ่านไปกว่า 50 ปีนับตั้งแต่มีการประดิษฐ์เลเซอร์ทับทิมเครื่องแรกซึ่งมีขนาดเท่ากับอพาร์ตเมนต์หนึ่งห้อง และตอนนี้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ขนาดกะทัดรัดที่ใช้งานได้ในทุกสาขาของการแพทย์และวิทยาความงาม

การแนะนำ

1 เลเซอร์และการประยุกต์ใช้ในการแพทย์

2 ทิศทางหลักและเป้าหมายของการใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพ

3 พื้นฐานทางกายภาพของการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการปฏิบัติทางการแพทย์

4 มาตรการป้องกันรังสีเลเซอร์

5 การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อทางชีววิทยา

6 กลไกทางพยาธิวิทยาของปฏิกิริยาระหว่างรังสีเลเซอร์กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ

7 กลไกของการกระตุ้นด้วยเลเซอร์

ข้อมูลอ้างอิง

การแนะนำ

เครื่องมือหลักที่ศัลยแพทย์ใช้ในการผ่าเนื้อเยื่อคือ มีดผ่าตัด และกรรไกร ได้แก่ เครื่องมือตัด อย่างไรก็ตาม บาดแผลและบาดแผลที่ทำด้วยมีดผ่าตัดและกรรไกรจะมีเลือดออกร่วมด้วย ซึ่งจำเป็นต้องใช้มาตรการห้ามเลือดแบบพิเศษ นอกจากนี้ เมื่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อ เครื่องมือตัดสามารถแพร่กระจายจุลชีพและเซลล์เนื้องอกที่เป็นมะเร็งตามแนวรอยตัดได้ ในเรื่องนี้เป็นเวลานานที่ศัลยแพทย์ใฝ่ฝันที่จะมีเครื่องมือที่จะทำการตัดแบบไม่มีเลือดในขณะเดียวกันก็ทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคและเซลล์เนื้องอกในแผลผ่าตัดไปพร้อมๆ กัน การแทรกแซงใน "สนามผ่าตัดแบบแห้ง" เหมาะสำหรับศัลยแพทย์ทุกรูปแบบ

ความพยายามที่จะสร้างมีดผ่าตัดที่ "เหมาะ" นั้นมีขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเป็นช่วงที่เรียกว่ามีดไฟฟ้าได้รับการออกแบบ โดยทำงานโดยใช้กระแสความถี่สูง อุปกรณ์นี้ในเวอร์ชันขั้นสูงกว่านั้นปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยศัลยแพทย์ที่เชี่ยวชาญด้านต่างๆ อย่างไรก็ตามตามประสบการณ์ที่สั่งสมมา มีการระบุด้านลบของ "การผ่าตัดด้วยไฟฟ้า" ซึ่งสาเหตุหลักคือบริเวณที่มีเนื้อเยื่อความร้อนลุกไหม้ในบริเวณที่มีรอยบากมีขนาดใหญ่เกินไป เป็นที่รู้กันว่ายิ่งบริเวณแผลไหม้กว้างขึ้นเท่าไร แผลผ่าตัดก็จะสมานตัวได้แย่ลงเท่านั้น นอกจากนี้เมื่อใช้มีดไฟฟ้าจำเป็นต้องรวมร่างกายของผู้ป่วยไว้ในวงจรไฟฟ้าด้วย อุปกรณ์ไฟฟ้าศัลยกรรมส่งผลเสียต่อการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ในการตรวจสอบการทำงานที่สำคัญของร่างกายในระหว่างการผ่าตัด เครื่องผ่าตัดด้วยความเย็นยังทำให้เนื้อเยื่อเสียหายอย่างมาก ส่งผลให้กระบวนการบำบัดลดลง ความเร็วของการผ่าเนื้อเยื่อด้วยความเย็นจัดนั้นต่ำมาก ที่จริงแล้วสิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการผ่า แต่เป็นการทำลายเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นบริเวณที่ถูกเผาไหม้ที่สำคัญเมื่อใช้มีดผ่าตัดพลาสมา หากเราคำนึงว่าลำแสงเลเซอร์มีคุณสมบัติห้ามเลือดอย่างเด่นชัดรวมถึงความสามารถในการปิดผนึกหลอดลม ท่อน้ำดี และท่อตับอ่อน การใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการผ่าตัดจะมีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง ข้อดีบางประการของการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดโดยย่อมีความสัมพันธ์กับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (เลเซอร์ CO 2) เป็นหลัก นอกจากนี้ เลเซอร์ที่ทำงานบนหลักการอื่นๆ และกับสารทำงานอื่นๆ ยังถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อีกด้วย เลเซอร์เหล่านี้มีคุณสมบัติโดยพื้นฐานที่แตกต่างกันเมื่อส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อชีวภาพ และใช้สำหรับข้อบ่งชี้ที่ค่อนข้างแคบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผ่าตัดหัวใจและหลอดเลือด เนื้องอกวิทยา สำหรับการรักษาโรคที่เกิดจากการผ่าตัดของผิวหนังและเยื่อเมือกที่มองเห็นได้ ฯลฯ

1 เลเซอร์และการประยุกต์ใช้ในการแพทย์

แม้ว่าธรรมชาติของแสงและคลื่นวิทยุจะเหมือนกัน แต่เป็นเวลาหลายปีแล้วที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านออพติกและวิทยุได้รับการพัฒนาอย่างแยกจากกันโดยแยกจากกัน ดูเหมือนว่าแหล่งกำเนิดแสง เช่น อนุภาคที่ถูกกระตุ้นและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุ จะมีอะไรที่เหมือนกันเพียงเล็กน้อย เฉพาะในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่ผลงานปรากฏเกี่ยวกับการสร้างเครื่องขยายสัญญาณโมเลกุลและเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของสาขาฟิสิกส์อิสระใหม่ - อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม

ควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ศึกษาวิธีการขยายและสร้างการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้การปล่อยก๊าซกระตุ้นของระบบควอนตัม ความก้าวหน้าในด้านความรู้นี้มีการใช้มากขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มาทำความรู้จักกับปรากฏการณ์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมและการทำงานของเครื่องกำเนิดควอนตัมแบบออปติคอล - เลเซอร์

เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ทำงานบนพื้นฐานของกระบวนการบังคับ (กระตุ้น, เหนี่ยวนำ) การปล่อยโฟตอนโดยอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นภายใต้อิทธิพลของโฟตอนที่แผ่รังสีซึ่งมีความถี่เท่ากัน ลักษณะเด่นของกระบวนการนี้คือ โฟตอนที่เกิดขึ้นระหว่างการปล่อยก๊าซกระตุ้นจะมีความถี่ เฟส ทิศทาง และโพลาไรเซชันเหมือนกันกับโฟตอนภายนอกที่ทำให้เกิดสิ่งนี้ สิ่งนี้จะกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของเครื่องกำเนิดควอนตัม: ความสอดคล้องกันสูงของการแผ่รังสีในอวกาศและเวลา, ความเป็นเอกรงค์เดียวสูง, ทิศทางที่แคบของลำแสงรังสี, การไหลของพลังงานที่มีความเข้มข้นสูง และความสามารถในการโฟกัสไปที่ปริมาตรที่น้อยมาก เลเซอร์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสื่อแอคทีฟต่างๆ: ก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง พวกมันสามารถผลิตรังสีในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก ตั้งแต่ 100 นาโนเมตร (แสงอัลตราไวโอเลต) ถึง 1.2 ไมครอน (รังสีอินฟราเรด) และสามารถทำงานได้ทั้งในโหมดต่อเนื่องและโหมดพัลส์

เลเซอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญพื้นฐานสามประการ: ตัวส่งสัญญาณ ระบบปั๊ม และแหล่งพลังงาน ซึ่งรับประกันการทำงานด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์เสริมพิเศษ

ตัวปล่อยได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานปั๊ม (ถ่ายโอนส่วนผสมฮีเลียม-นีออน 3 ไปเป็นสถานะแอคทีฟ) ไปเป็นรังสีเลเซอร์และมีตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยทั่วไปคือระบบขององค์ประกอบสะท้อนแสง การหักเหของแสง และการโฟกัสที่ผลิตขึ้นอย่างระมัดระวังในพื้นที่ภายในของ ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางประเภทที่กระตุ้นและรักษาความผันผวนของช่วงแสง ตัวสะท้อนแสงต้องมีการสูญเสียน้อยที่สุดในส่วนการทำงานของสเปกตรัม มีความแม่นยำสูงในการผลิตส่วนประกอบและการติดตั้งร่วมกัน

การสร้างเลเซอร์กลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้อันเป็นผลมาจากการนำแนวคิดทางกายภาพพื้นฐานสามประการไปใช้: การปล่อยก๊าซกระตุ้น การสร้างระดับพลังงานปรมาณูในระดับพลังงานปรมาณูผกผันทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่มีสมดุล และการใช้การตอบรับเชิงบวก

โมเลกุลที่ถูกกระตุ้น (อะตอม) มีความสามารถในการเปล่งโฟตอนเรืองแสงได้ การแผ่รังสีดังกล่าวเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง มันเป็นแบบสุ่มและวุ่นวายในเรื่องเวลา ความถี่ (อาจมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับต่างๆ) ทิศทางของการแพร่กระจาย และโพลาไรเซชัน การแผ่รังสีอีกแบบหนึ่ง - แบบบังคับหรือแบบเหนี่ยวนำ - เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับโมเลกุลที่ตื่นเต้น ถ้าพลังงานโฟตอนเท่ากับส่วนต่างของระดับพลังงานที่สอดคล้องกัน การปล่อยก๊าซแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) จำนวนการเปลี่ยนภาพต่อวินาทีขึ้นอยู่กับจำนวนโฟตอนที่เข้าสู่สารในช่วงเวลาเดียวกัน กล่าวคือ ความเข้มของแสง เช่นเดียวกับจำนวนโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งจำนวนประชากรในสถานะพลังงานตื่นเต้นที่สอดคล้องกันมากเท่าใด จำนวนการเปลี่ยนผ่านที่ถูกบังคับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

รังสีเหนี่ยวนําจะเหมือนกับรังสีตกกระทบทุกประการ รวมถึงในเฟสด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถพูดถึงการขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ซึ่งใช้เป็นแนวคิดพื้นฐานแรกในหลักการของการสร้างเลเซอร์

แนวคิดที่สองซึ่งนำมาใช้ในการสร้างเลเซอร์คือการสร้างระบบที่ไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งขัดกับกฎของ Boltzmann ตรงที่มีอนุภาคในระดับที่สูงกว่าระดับที่ต่ำกว่ามากกว่า สถานะของตัวกลางซึ่งมีระดับพลังงานอย่างน้อยสองระดับปรากฎว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่ามากกว่าจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานต่ำกว่าเรียกว่าสถานะที่มีระดับประชากรกลับด้านและตัวกลางเรียกว่าแอคทีฟ มันเป็นตัวกลางแอคทีฟที่โฟตอนทำปฏิกิริยากับอะตอมที่ตื่นเต้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านไปยังระดับที่ต่ำกว่าพร้อมกับการปล่อยควอนต้าของการแผ่รังสีเหนี่ยวนำ (กระตุ้น) ซึ่งเป็นสารในการทำงานของเลเซอร์ สถานะที่มีประชากรผกผันของระดับจะได้รับอย่างเป็นทางการจากการแจกแจงของ Boltzmann สำหรับ T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

สถานะการผกผันของประชากรสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเลือกอนุภาคที่มีพลังงานต่ำหรือโดยการกระตุ้นอนุภาคเป็นพิเศษ เช่น ด้วยแสงหรือการปล่อยประจุไฟฟ้า โดยตัวมันเองแล้วจะไม่มีสภาวะอุณหภูมิติดลบเป็นเวลานาน

แนวคิดที่สามที่ใช้ในหลักการของการสร้างเลเซอร์มีต้นกำเนิดมาจากรังสีฟิสิกส์และเป็นการใช้การตอบรับเชิงบวก ในระหว่างการดำเนินการ ส่วนหนึ่งของการปล่อยก๊าซกระตุ้นที่สร้างขึ้นจะยังคงอยู่ในสารทำงาน และทำให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นโดยอะตอมที่ตื่นเต้นมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อนำกระบวนการดังกล่าวไปใช้ ตัวกลางแอคทีฟจะถูกใส่ไว้ในตัวสะท้อนแสง ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยกระจกสองตัว ซึ่งได้รับการคัดเลือกเพื่อให้รังสีที่เกิดขึ้นในตัวมันผ่านตัวกลางแอคทีฟซ้ำๆ และเปลี่ยนให้กลายเป็นเครื่องกำเนิดรังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกัน

เครื่องกำเนิดไมโครเวฟเครื่องแรก (maser) ได้รับการออกแบบในปี 1955 โดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต N. G. Basoi และ A. M. Prokhorov และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน - C. Townes และคนอื่น ๆ เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์นี้มีพื้นฐานมาจากการกระตุ้นการปล่อยโมเลกุลแอมโมเนีย เครื่องกำเนิดเรียกว่าโมเลกุล

ในปี 1960 เครื่องกำเนิดควอนตัมเครื่องแรกในช่วงรังสีที่มองเห็นได้ถูกสร้างขึ้น - เลเซอร์ที่มีคริสตัลทับทิมเป็นสารทำงาน (ตัวกลางที่ใช้งานอยู่) ในปีเดียวกันนั้น ได้มีการสร้างเลเซอร์ก๊าซฮีเลียม-นีออนขึ้น เลเซอร์ที่สร้างขึ้นในปัจจุบันมีความหลากหลายอย่างมากสามารถจำแนกตามประเภทของสารทำงาน: เลเซอร์ก๊าซ, ของเหลว, เซมิคอนดักเตอร์และโซลิดสเตตมีความโดดเด่น พลังงานในการสร้างการผกผันของประชากรนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของเลเซอร์: การกระตุ้นด้วยแสงที่เข้มข้นมาก - "การปั๊มด้วยแสง", การปล่อยก๊าซไฟฟ้าและในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ - กระแสไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการเรืองแสง เลเซอร์จะแบ่งออกเป็นแบบพัลส์และแบบต่อเนื่อง

พิจารณาหลักการทำงานของเลเซอร์ทับทิมโซลิดสเตต ทับทิมเป็นผลึกของอลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 0 3 ที่มีโครเมียมไอออน Cr 3+ ประมาณ 0.05% เป็นสารเจือปน การกระตุ้นของโครเมียมไอออนทำได้โดยการสูบแสงโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงพัลซิ่งกำลังสูง การออกแบบอย่างหนึ่งใช้ตัวสะท้อนแสงแบบท่อที่มีหน้าตัดเป็นวงรี ภายในตัวสะท้อนแสงจะมีไฟแฟลชซีนอนโดยตรงและแท่งทับทิมที่อยู่ตามแนวเส้นที่ผ่านจุดโฟกัสของวงรี (รูปที่ 1) พื้นผิวด้านในของตัวสะท้อนแสงอะลูมิเนียมได้รับการขัดเงาอย่างดีหรือชุบเงิน คุณสมบัติหลักของตัวสะท้อนแสงทรงรีคือแสงที่ออกมาจากโฟกัสตัวใดตัวหนึ่ง (หลอดไฟซีนอน) และสะท้อนจากผนังจะเข้าสู่โฟกัสอีกตัวของตัวสะท้อนแสง (แท่งทับทิม)

เลเซอร์ทับทิมทำงานตามรูปแบบสามระดับ (รูปที่ 2 ก) จากการสูบฉีดด้วยแสง ไอออนของโครเมียมจะเคลื่อนจากระดับพื้นดิน 1 ไปเป็นสภาวะตื่นเต้นที่มีอายุสั้น 3 จากนั้นการเปลี่ยนแปลงแบบไม่แผ่รังสีจะเกิดขึ้นเป็นสถานะที่มีอายุยาวนาน (แพร่กระจายได้) 2 ซึ่งความน่าจะเป็นของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง การเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเล็ก ดังนั้น การสะสมของไอออนที่ถูกตื่นเต้นในสถานะ 2 จึงเกิดขึ้น และจำนวนประชากรผกผันจะถูกสร้างขึ้นระหว่างระดับ 1 และ 2 ภายใต้สภาวะปกติ การเปลี่ยนจากระดับที่ 2 ไปเป็นระดับที่ 1 จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมาพร้อมกับการเรืองแสงที่มีความยาวคลื่น 694.3 นาโนเมตร ช่องเลเซอร์มีกระจกสองบาน (ดูรูปที่ 1) หนึ่งในนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน R ของความเข้มของแสงที่สะท้อนและตกกระทบบนกระจก) กระจกอีกอันโปร่งแสงและส่งส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีที่ตกกระทบ ( ร< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

นอกเหนือจากการทำงานของเลเซอร์ทับทิมตามรูปแบบสามระดับแล้ว รูปแบบเลเซอร์สี่ระดับที่ใช้ไอออนของธาตุหายาก (นีโอไดเมียม ซาแมเรียม ฯลฯ ) ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ผลึกหรือแก้วก็แพร่หลายมากขึ้น (รูปที่ 24 , ข) ในกรณีเช่นนี้ การผกผันของประชากรจะถูกสร้างขึ้นระหว่างสองระดับที่ตื่นเต้น: ระดับอายุยืน 2 และระดับอายุสั้น 2"

เลเซอร์แก๊สที่ใช้กันทั่วไปคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออนซึ่งตื่นเต้นกับการปล่อยประจุไฟฟ้า สารออกฤทธิ์ที่อยู่ในนั้นคือส่วนผสมของฮีเลียมและนีออนในอัตราส่วน 10:1 และความดันประมาณ 150 Pa อะตอมของนีออนกำลังเปล่งแสง อะตอมของฮีเลียมมีบทบาทสนับสนุน ในรูป 24, c แสดงระดับพลังงานของอะตอมฮีเลียมและนีออน การสร้างเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับ 3 และ 2 ของนีออน ในการสร้างประชากรผกผันระหว่างพวกเขา จำเป็นต้องเติมระดับ 3 และระดับว่าง 2 ประชากรระดับ 3 เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอะตอมฮีเลียม ในระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้า การชนของอิเล็กตรอนจะกระตุ้นให้อะตอมฮีเลียมมีสถานะคงอยู่ยาวนาน (โดยมีอายุการใช้งานประมาณ 10 3 วินาที) พลังงานของสถานะนี้ใกล้เคียงกับพลังงานของนีออนระดับ 3 มาก ดังนั้น เมื่ออะตอมฮีเลียมที่ตื่นเต้นชนกับอะตอมของนีออนที่ไม่ได้รับความตื่นเต้น พลังงานก็จะถูกถ่ายโอน ซึ่งส่งผลให้นีออนระดับ 3 ถูกเติมเข้าไป สำหรับนีออนบริสุทธิ์ อายุขัยในระดับนี้จะสั้นและอะตอมจะเคลื่อนไปที่ระดับ 1 หรือ 2 และการกระจายตัวของ Boltzmann จะเกิดขึ้น การลดลงของนีออนระดับ 2 เกิดขึ้นสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของอะตอมไปสู่สถานะพื้นเมื่อชนกับผนังของท่อระบาย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประชากรนีออนระดับ 2 และ 3 จะอยู่นิ่ง

องค์ประกอบโครงสร้างหลักของเลเซอร์ฮีเลียมนีออน (รูปที่ 3) คือท่อปล่อยก๊าซที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 7 มม. อิเล็กโทรดถูกติดตั้งไว้ในท่อเพื่อสร้างก๊าซที่ปล่อยออกมาและกระตุ้นฮีเลียม ที่ปลายท่อที่มุมบริวสเตอร์จะมีหน้าต่างอยู่ เนื่องจากการแผ่รังสีเป็นแบบโพลาไรซ์แบบระนาบ กระจกเรโซเนเตอร์ระนาบขนานติดตั้งอยู่ด้านนอกท่อ หนึ่งในนั้นคือโปร่งแสง (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

กระจกสะท้อนเสียงถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลือบหลายชั้น และเนื่องจากการรบกวน ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ต้องการถูกสร้างขึ้นสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด เลเซอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือเลเซอร์ฮีเลียมนีออน ซึ่งปล่อยแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร กำลังของเลเซอร์ดังกล่าวต่ำ ไม่เกิน 100 mW

การใช้เลเซอร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของรังสี: มีสีเดียวสูง (~ 0.01 นาโนเมตร), กำลังสูงเพียงพอ, ความแคบของลำแสงและความเชื่อมโยงกัน

ความแคบของลำแสงและการเบี่ยงเบนต่ำทำให้สามารถใช้เลเซอร์ในการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ได้ (ความแม่นยำที่ได้คือประมาณสิบเซนติเมตร) ความเร็วในการหมุนของดาวศุกร์และดาวพุธ ฯลฯ

การใช้งานโฮโลแกรมนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงกันของการแผ่รังสีเลเซอร์ Gastroscopes ได้รับการพัฒนาโดยใช้เลเซอร์ฮีเลียมนีออนโดยใช้ใยแก้วนำแสง ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพโฮโลแกรมสามมิติของโพรงภายในของกระเพาะอาหารได้

ลักษณะเอกรงค์ของการแผ่รังสีเลเซอร์สะดวกมากสำหรับสเปกตรัมรามานที่น่าตื่นเต้นของอะตอมและโมเลกุล

เลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัด ทันตกรรม จักษุวิทยา ผิวหนัง และมะเร็งวิทยา ผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์ขึ้นอยู่กับทั้งคุณสมบัติของวัสดุชีวภาพและคุณสมบัติของการแผ่รังสีเลเซอร์

เลเซอร์ทั้งหมดที่ใช้ในการแพทย์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามอัตภาพ: ความเข้มต่ำ (ความเข้มไม่เกิน 10 W/cm2 ส่วนใหญ่มักจะประมาณ 0.1 W/cm2) - ความเข้มสำหรับการรักษา และความเข้มสูง - การผ่าตัด ความเข้มของเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดสามารถเข้าถึง 10 14 W/cm 2; ในทางการแพทย์ โดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์ที่มีความเข้ม 10 2 - 10 6 W/cm 2

เลเซอร์ความเข้มต่ำเป็นเลเซอร์ที่ไม่ก่อให้เกิดผลทำลายล้างที่เห็นได้ชัดเจนต่อเนื้อเยื่อโดยตรงในระหว่างการฉายรังสี ในบริเวณที่มองเห็นและอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ผลกระทบของมันเกิดจากปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล และไม่แตกต่างจากผลกระทบที่เกิดจากแสงเอกรงค์เดียวที่ได้รับจากแหล่งทั่วไปที่ไม่ต่อเนื่องกัน ในกรณีเหล่านี้ เลเซอร์เป็นเพียงแหล่งกำเนิดแสงแบบเอกรงค์เดียวที่สะดวกซึ่งให้ตำแหน่งและปริมาณการรับแสงที่แม่นยำ ตัวอย่าง ได้แก่ การใช้แสงเลเซอร์ฮีเลียมนีออนในการรักษาแผลในกระเพาะอาหาร โรคหลอดเลือดหัวใจ ฯลฯ เช่นเดียวกับคริปทอนและเลเซอร์อื่นๆ สำหรับความเสียหายทางเคมีแสงต่อเนื้องอกในการบำบัดด้วยแสง

ปรากฏการณ์ใหม่เชิงคุณภาพเกิดขึ้นเมื่อใช้รังสีที่มองเห็นหรือรังสีอัลตราไวโอเลตจากเลเซอร์ความเข้มสูง ในการทดลองโฟตอนเคมีในห้องปฏิบัติการด้วยแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป เช่นเดียวกับในธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของแสงแดด การดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวมักเกิดขึ้น สิ่งนี้ระบุไว้ในกฎข้อที่สองของโฟโตเคมีซึ่งกำหนดโดยสตาร์กและไอน์สไตน์: แต่ละโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของแสงจะดูดซับรังสีหนึ่งควอนตัมซึ่งเป็นสาเหตุของปฏิกิริยา ธรรมชาติของการดูดกลืนโฟตอนเดี่ยวตามที่อธิบายไว้ในกฎข้อที่สองนั้นเป็นจริง เนื่องจากที่ความเข้มของแสงปกติ เป็นไปไม่ได้เลยที่โฟตอนสองตัวจะเข้าสู่โมเลกุลในสถานะพื้นพร้อมกัน หากเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น สำนวนจะอยู่ในรูปแบบ:

2hv = อี เสื้อ - อี เค ,

ซึ่งจะหมายถึงผลรวมของพลังงานของโฟตอนสองตัวสำหรับการเปลี่ยนโมเลกุลจากสถานะพลังงาน E k ไปเป็นสถานะที่มีพลังงาน E g นอกจากนี้ยังไม่มีการดูดกลืนโฟตอนโดยโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากอายุการใช้งานสั้น และ ความเข้มของการฉายรังสีที่มักใช้อยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นความเข้มข้นของโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์จึงต่ำ และการดูดซับโฟตอนอื่นของพวกมันจึงไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง

อย่างไรก็ตาม หากความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น การดูดกลืนแสงแบบสองโฟตอนก็จะเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น การฉายรังสีของสารละลาย DNA ด้วยรังสีเลเซอร์พัลซ์ความเข้มสูงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 266 นาโนเมตร ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล DNA คล้ายกับที่เกิดจากรังสี y การได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มต่ำไม่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน เป็นที่ยอมรับว่าการฉายรังสีสารละลายในน้ำของกรดนิวคลีอิกหรือเบสด้วยพิโควินาที (ระยะเวลาพัลส์ 30 พิโคเซคอน) หรือพัลส์นาโนวินาที (10 ns) ที่มีความเข้มมากกว่า 10 6 วัตต์/ซม. 2 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล ด้วยพัลส์ picosecond (รูปที่ 4, a) ประชากรของระดับอิเล็กทรอนิกส์สูงเกิดขึ้นตามรูปแบบ (S 0 -> S1 -> S n) และด้วยพัลส์ hv hv นาโนวินาที (รูปที่ 4, b) - ตาม โครงการ (S 0 -> S1 - T g -> T p) ในทั้งสองกรณี โมเลกุลได้รับพลังงานมากกว่าพลังงานไอออไนเซชัน

แถบดูดกลืนของ DNA ตั้งอยู่ในเขตอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมที่< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

การดูดซับรังสีใดๆ จะนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งในรูปของความร้อน ซึ่งกระจายออกจากโมเลกุลที่ตื่นเต้นออกสู่อวกาศโดยรอบ รังสีอินฟราเรดถูกดูดซับโดยน้ำเป็นหลักและทำให้เกิดผลกระทบด้านความร้อนเป็นหลัก ดังนั้นการแผ่รังสีของเลเซอร์อินฟราเรดความเข้มสูงทำให้เกิดผลกระทบทางความร้อนต่อเนื้อเยื่อทันทีที่เห็นได้ชัดเจน ผลกระทบทางความร้อนของการแผ่รังสีเลเซอร์ในทางการแพทย์ส่วนใหญ่เข้าใจว่าเป็นการระเหย (การตัด) และการแข็งตัวของเนื้อเยื่อชีวภาพ สิ่งนี้ใช้ได้กับเลเซอร์หลายชนิดที่มีความเข้มตั้งแต่ 1 ถึง 10 7 วัตต์/ซม. 2 และมีระยะเวลาการฉายรังสีตั้งแต่มิลลิวินาทีถึงหลายวินาที ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ก๊าซ CO 2 (ที่มีความยาวคลื่น 10.6 μm) เลเซอร์ Nd:YAG (1.064 μm) และอื่นๆ เลเซอร์ Nd:YAG เป็นเลเซอร์โซลิดสเตตสี่ระดับที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด การสร้างเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนของไอออนนีโอไดเมียม (Nd 3+) ที่ใส่เข้าไปในผลึก Y 3 Al 5 0 12 อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG)

นอกจากการให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อแล้ว ความร้อนบางส่วนยังถูกกำจัดออกไปเนื่องจากการนำความร้อนและการไหลเวียนของเลือด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 °C จะไม่เกิดความเสียหายที่ไม่อาจรักษาให้หายขาดได้ ที่อุณหภูมิ 60 °C การสูญเสียโปรตีน การแข็งตัวของเนื้อเยื่อ และเนื้อร้ายจะเริ่มต้นขึ้น ที่อุณหภูมิ 100-150 °C จะเกิดภาวะขาดน้ำและการไหม้เกรียม และที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 °C เนื้อเยื่อจะระเหยไป

เมื่อรังสีมาจากเลเซอร์ที่เน้นความเข้มสูง ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่ ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิในเนื้อเยื่อ เมื่อลำแสงกระทบ เนื้อเยื่อจะระเหย และเกิดการไหม้เกรียมและแข็งตัวในบริเวณที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 6) การระเหยด้วยแสงเป็นวิธีการกำจัดหรือตัดเนื้อเยื่อทีละชั้น ผลจากการแข็งตัวของเลือดทำให้หลอดเลือดถูกปิดและเลือดหยุดไหล ดังนั้น ลำแสงโฟกัสของเลเซอร์ CO 2 ต่อเนื่อง () ที่มีกำลังประมาณ 2 10 3 W/cm 2 จึงถูกใช้เป็นมีดผ่าตัดเพื่อตัดเนื้อเยื่อชีวภาพ

หากคุณลดระยะเวลาการเปิดรับแสง (10 - 10 วินาที) และเพิ่มความเข้ม (มากกว่า 10 6 W/cm 2) ขนาดของบริเวณที่ไหม้เกรียมและแข็งตัวจะกลายเป็นเรื่องเล็กน้อย กระบวนการนี้เรียกว่า photoablation (photoremoval) และใช้เพื่อขจัดเนื้อเยื่อทีละชั้น การระเหยด้วยแสงเกิดขึ้นที่ความหนาแน่นของพลังงาน 0.01-100 J/cm2

ด้วยความเข้มที่เพิ่มขึ้นอีก (10 วัตต์/ซม. ขึ้นไป) กระบวนการอื่นก็เป็นไปได้ - "การสลายด้วยแสง" ปรากฏการณ์นี้ก็คือเนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่สูงมาก (เทียบได้กับความแรงของสนามไฟฟ้าภายในอะตอม) สสารจึงแตกตัวเป็นไอออน พลาสมาถูกสร้างขึ้น และสร้างคลื่นกระแทกเชิงกล การสลายทางแสงไม่จำเป็นต้องมีการดูดกลืนควอนตัมแสงโดยสสารตามความหมายปกติ แต่จะสังเกตได้ในตัวกลางโปร่งใส เช่น ในอากาศ

2 ทิศทางหลักและเป้าหมายของการใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพ

การประยุกต์ใช้เลเซอร์ทางการแพทย์และชีวภาพสมัยใหม่สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก ประการแรกคือการใช้รังสีเลเซอร์เป็นเครื่องมือในการวิจัย ในกรณีนี้ เลเซอร์มีบทบาทเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับการศึกษาสเปกตรัม กล้องจุลทรรศน์แบบเลเซอร์ โฮโลแกรม ฯลฯ กลุ่มที่สองคือวิธีหลักในการใช้เลเซอร์เป็นเครื่องมือในการมีอิทธิพลต่อวัตถุทางชีววิทยา อิทธิพลดังกล่าวสามารถแยกแยะได้สามประเภท

ประเภทแรกคือผลกระทบต่อเนื้อเยื่อของการโฟกัสทางพยาธิวิทยาด้วยการแผ่รังสีเลเซอร์แบบพัลส์หรือต่อเนื่องที่ความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 10 5 W/m 2 ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับภาวะขาดน้ำลึก การระเหยของเนื้อเยื่อ และการเกิดข้อบกพร่อง ในพวกเขา การสัมผัสประเภทนี้สอดคล้องกับการใช้เลเซอร์ในด้านผิวหนังและมะเร็งวิทยาโดยเฉพาะเพื่อฉายรังสีการก่อตัวของเนื้อเยื่อทางพยาธิวิทยาซึ่งนำไปสู่การแข็งตัวของเลือด ประเภทที่สองคือการผ่าเนื้อเยื่อเมื่อภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีเลเซอร์ของการกระทำต่อเนื่องหรือตามความถี่ (พัลส์ที่ตามมาด้วยความถี่สูง) ส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อจะระเหยและมีข้อบกพร่องปรากฏขึ้น ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของพลังงานรังสีสามารถเกินกว่าความหนาแน่นที่ใช้ในการแข็งตัวเป็นสองเท่า (10 7 W/m 2) หรือมากกว่า ผลกระทบประเภทนี้สอดคล้องกับการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัด แบบที่ 3 เป็นผลต่อเนื้อเยื่อและอวัยวะของรังสีพลังงานต่ำ (หน่วยหรือสิบวัตต์ต่อ ตารางเมตร) โดยปกติจะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาอย่างเห็นได้ชัด แต่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีและสรีรวิทยาบางอย่างในร่างกาย เช่น ผลกระทบประเภทกายภาพบำบัด ประเภทนี้ควรรวมถึงการใช้เลเซอร์ฮีเลียม-นีออนเพื่อวัตถุประสงค์ในการกระตุ้นทางชีวภาพในกระบวนการของแผลที่ซบเซา แผลในกระเพาะอาหาร ฯลฯ

งานในการศึกษากลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับการศึกษากระบวนการเหล่านั้นที่รองรับผลกระทบที่สำคัญที่เกิดจากการฉายรังสี: การแข็งตัวของเนื้อเยื่อ, การผ่า, การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพในร่างกาย

3 พื้นฐานทางกายภาพของการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการปฏิบัติทางการแพทย์

หลักการทำงานของเลเซอร์ขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกลควอนตัมที่เกิดขึ้นในปริมาตรของตัวกลางในการทำงานของตัวปล่อย ซึ่งอธิบายโดยอิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นอะตอมและโมเลกุล ของสื่อการทำงาน

ตามหลักการของควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์ ระบบอะตอมใดๆ ในระหว่างการเคลื่อนที่ภายในจะอยู่ในสถานะที่มีค่าพลังงานที่แน่นอน เรียกว่าควอนตัม กล่าวคือ ได้กำหนดค่าพลังงาน (แยกส่วน) ไว้อย่างเคร่งครัด ชุดของค่าพลังงานเหล่านี้ก่อให้เกิดสเปกตรัมพลังงานของระบบอะตอม

ในกรณีที่ไม่มีการกระตุ้นจากภายนอก ระบบอะตอมมีแนวโน้มที่จะมีสถานะที่พลังงานภายในมีน้อยที่สุด ภายใต้การกระตุ้นภายนอก การเปลี่ยนอะตอมไปสู่สถานะที่มีพลังงานสูงกว่าจะมาพร้อมกับการดูดซับพลังงานส่วนหนึ่งที่เท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะ Et สุดท้ายและสถานะ E″ เริ่มต้น กระบวนการนี้เขียนดังนี้:

Em - E n =nV mn, (1)

โดยที่ V mn คือความถี่ของการเปลี่ยนจากสถานะ n เป็นสถานะ m; h คือค่าคงที่ของพลังค์

ตามกฎแล้ว ระยะเวลาเฉลี่ยของการคงอยู่ (อายุการใช้งาน) ของอะตอมในสภาวะตื่นเต้นนั้นมีค่าน้อย และอะตอมที่ถูกกระตุ้นโดยธรรมชาติ (โดยธรรมชาติ) จะเข้าสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า โดยปล่อยควอนตัมแสง (โฟตอน) ด้วยพลังงานที่กำหนดโดยสูตร ( 1). ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นเอง อะตอมจะปล่อยควอนตัมแสงออกมาอย่างวุ่นวาย โดยไม่เชื่อมต่อถึงกัน กระจายอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง กระบวนการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นเองนั้นสังเกตได้ในระหว่างการเรืองแสงของวัตถุที่ให้ความร้อนเช่นหลอดไส้ ฯลฯ การแผ่รังสีดังกล่าวไม่มีสีเดียว

เมื่ออะตอมที่ถูกกระตุ้นมีปฏิสัมพันธ์กับรังสีภายนอก ความถี่ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของการเปลี่ยนอะตอมจากสถานะที่มีพลังงานสูงกว่าไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า มีความน่าจะเป็น (ยิ่งความเข้มของรังสีภายนอกมากขึ้น) ที่สิ่งนี้ รังสีจากภายนอกจะถ่ายเทอะตอมไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า ในกรณีนี้ อะตอมจะปล่อยควอนตัมของแสงโดยมีความถี่ v mn, เฟส, ทิศทางของการแพร่กระจายและโพลาไรซ์เท่ากับควอนตัมของแสงของการแผ่รังสีภายนอกที่บังคับให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้

การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเรียกว่าการบังคับ (การชักนำ) การมีอยู่ของการปล่อยก๊าซกระตุ้นทำให้สามารถสร้างรังสีที่สอดคล้องกันในเครื่องกำเนิดเลเซอร์ควอนตัมเชิงแสงได้

ทีนี้ลองพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแสงแพร่กระจายผ่านระบบซึ่งมีอะตอมที่มีพลังงาน E m และ E n (เพื่อความแน่นอน ลองใช้ E m > En กัน) จำนวนอะตอมที่มีพลังงาน E ha จะแสดงด้วย N m และจำนวนอะตอมที่มีพลังงาน E n -N″ ตัวเลข N m และ N″ มักเรียกว่าประชากรในระดับที่มีพลังงาน E w และ E p ตามลำดับ

ภายใต้สภาวะธรรมชาติ อนุภาคที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะมีอนุภาคน้อยกว่าในทุกอุณหภูมิ ดังนั้นสำหรับวัตถุที่ได้รับความร้อน a จึงเป็นปริมาณลบ และตามสูตร (2) การแพร่กระจายของแสงในสสารจะมาพร้อมกับการอ่อนตัวลง ในการขยายแสงจำเป็นต้องมี N m >N n สถานะของสสารนี้เรียกว่าสถานะที่มีการผกผันของประชากร ในกรณีนี้การแพร่กระจายของแสงผ่านสสารจะมาพร้อมกับการขยายเนื่องจากพลังงานของอะตอมที่ตื่นเต้น

ดังนั้นสำหรับกระบวนการขยายรังสีจึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าประชากรของระดับการเปลี่ยนแปลงบนจะเกินกว่าระดับล่าง

ในการสร้างการผกผันของประชากร มีการใช้วิธีการต่างๆ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งกระตุ้นภายนอก

ระบบอะตอมที่มีการผกผันของประชากรมักเรียกว่าตัวกลางแอคทีฟ เพื่อให้ได้กำเนิดรังสี จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาป้อนกลับ ตัวกลางแอคทีฟจะถูกวางไว้ในตัวสะท้อนแสง ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยกระจกแบนสองบานที่ขนานกันซึ่งกั้นระหว่างตัวกลางแอคทีฟบนด้านตรงข้ามสองด้าน ในกรณีนี้ กระจกเรโซเนเตอร์ตัวหนึ่งจะส่งรังสีเลเซอร์บางส่วน และรังสีจะถูกส่งออกมาจากตัวสะท้อนคลื่นผ่านกระจกนั้น และกระจกอีกตัวจะสะท้อนการแผ่รังสีที่ตกกระทบบนกระจกนั้นอย่างสมบูรณ์

กระบวนการพัฒนารุ่นในเครื่องสะท้อนเสียงแสดงอยู่ใน แบบฟอร์มต่อไปนี้- หลังจากการสร้างการผกผันของประชากรในสภาพแวดล้อมการทำงานโดยแหล่งกระตุ้นภายนอก เฉพาะรังสีที่แพร่กระจายไปตามแกนของเครื่องสะท้อนเท่านั้นที่จะมีส่วนร่วมในการพัฒนากระบวนการผลิต การแผ่รังสีนี้เมื่อไปถึงพื้นผิวของกระจกสะท้อนแสงแบบเต็มตัวของเครื่องสะท้อนกลับและสะท้อนจากนั้นจะเข้าสู่ตัวกลางที่ใช้งานอยู่อีกครั้งและแพร่กระจายในนั้นถูกขยายเนื่องจากการบังคับเปลี่ยนผ่าน เมื่อสะท้อนจากกระจกสะท้อนบางส่วนของตัวสะท้อนกลับ ส่วนหนึ่งของรังสีที่ถูกขยายจะกลับสู่ตัวกลางที่ใช้งานอยู่และถูกขยายอีกครั้ง และส่วนหนึ่งของรังสีจะออกจากตัวสะท้อนกลับ นอกจากนี้กระบวนการเหล่านี้จะถูกทำซ้ำหลายครั้งตราบเท่าที่มีแหล่งกระตุ้นภายนอกของระบบอะตอม

เพื่อให้กระบวนกำเนิดรังสีมีเสถียรภาพ จำเป็นที่รังสีที่ได้รับในตัวกลางแอคทีฟระหว่างการส่งผ่านสองครั้งในตัวสะท้อนจะเท่ากับหรือมากกว่าการสูญเสียรังสีทั้งหมดตามเส้นทางเดียวกัน การสูญเสียทั้งหมดรวมถึงการสูญเสียในตัวกลางที่ใช้งานอยู่และการแผ่รังสีที่ถูกดึงออกจากตัวสะท้อนกลับผ่านกระจกสะท้อนแสงบางส่วน

ในเลเซอร์สมัยใหม่ มุมที่แตกต่าง (9) ของลำแสงเลเซอร์สามารถเข้าถึงขีดจำกัดและช่วงการเลี้ยวเบนตามลำดับขนาดตั้งแต่หลายอาร์ควินาทีไปจนถึงสิบอาร์คนาที

พลังของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ถูกลบออกจากปริมาตรหน่วยของตัวกลางแอคทีฟจะถูกกำหนดโดยกำลังของแหล่งกระตุ้นภายนอกที่จ่ายให้กับปริมาตรหน่วยของตัวกลางแอคทีฟ กำลังรวมสูงสุด (พลังงาน) ของการแผ่รังสีเลเซอร์อยู่ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ซึ่งแปรผันตามปริมาตรของตัวกลางแอคทีฟและกำลังสูงสุด (พลังงาน) ของแหล่งกำเนิดการกระตุ้นภายนอก (การสูบน้ำ)

คุณสมบัติหลักของการแผ่รังสีเลเซอร์ซึ่งทำให้มีแนวโน้มนำไปใช้ในการแพทย์สาขาต่างๆ คือ ทิศทางสูง มีสีเดียว และความเข้มของพลังงาน

ทิศทางที่สูงของการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นมีลักษณะเฉพาะคือความแตกต่างเชิงมุมของลำแสงในพื้นที่ว่างถึงค่าที่วัดได้ในสิบส่วนโค้งวินาที ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะส่งรังสีเลเซอร์ในลำแสงไปเป็นระยะทางไกลๆ โดยไม่ต้องเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างมีนัยสำคัญ ความเป็นสีเดียวและทิศทางที่สูงของการแผ่รังสีเลเซอร์ทั้งแบบพัลส์และแบบต่อเนื่องทำให้สามารถโฟกัสไปยังจุดที่สอดคล้องกับความยาวคลื่นของการแผ่รังสีเลเซอร์ได้ การโฟกัสที่คมชัดดังกล่าวทำให้สามารถฉายรังสีวัตถุทางการแพทย์และชีวภาพได้ที่ ระดับเซลล์- นอกจากนี้ การมุ่งเน้นดังกล่าวยังช่วยให้ได้รับผลการรักษาที่ต้องการด้วยพลังงานรังสีเลเซอร์ต่ำ อย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้รังสีเลเซอร์ในการประมวลผลวัตถุทางชีวภาพที่มีความไวต่อแสง

2. มุมของการเบี่ยงเบนของลำแสงเลเซอร์ (6)

1 - กระจกทึบแสง, 2 - กระจกโปร่งแสง, 3 - ลำแสงเลเซอร์

การใช้การโฟกัสที่คมชัดด้วยพลังและพลังงานการฉายรังสีสูงทำให้สามารถระเหยและตัดเนื้อเยื่อชีวภาพได้ ซึ่งนำไปสู่การใช้เลเซอร์ในการผ่าตัด

สำหรับวัตถุที่ไวต่อแสงน้อย ( เนื้องอกร้าย) สามารถรับรังสีที่มีกำลังสูงในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้

ในทุกกรณี ธรรมชาติของผลกระทบของรังสีเลเซอร์ต่อเนื้อเยื่อชีวภาพจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ความหนาแน่นของพลังงาน และโหมดการแผ่รังสี - แบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์

การแผ่รังสีในบริเวณสีแดงและอินฟราเรดของสเปกตรัมเมื่อถูกดูดซับโดยเนื้อเยื่อชีวภาพ จะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งสามารถใช้ในการระเหยสาร สร้างการสั่นสะเทือนทางเสียง และทำให้เกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี

การแผ่รังสีในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม นอกเหนือจากผลกระทบจากความร้อนแล้ว ยังทำให้เกิดเงื่อนไขในการกระตุ้นปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลอีกด้วย ดังนั้นการใช้รังสีความเข้มต่ำจากเลเซอร์ฮีเลียมนีออน (ความยาวคลื่นรังสี 0.63 ไมครอน) จึงมีผลที่เชื่อถือได้ทางคลินิก ซึ่งนำไปสู่การเร่งการรักษาบาดแผลทางโภชนาการและเป็นหนอง แผลในกระเพาะอาหาร ฯลฯ อย่างไรก็ตาม กลไกการออกฤทธิ์ประเภทนี้ รังสียังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการวิจัยในทิศทางนี้จะช่วยให้การใช้รังสีประเภทนี้มีประสิทธิภาพและมีความหมายมากขึ้นในการปฏิบัติงานทางคลินิก

เมื่อใช้เลเซอร์ที่ทำงานในโหมดการแผ่รังสีต่อเนื่อง ผลกระทบจากความร้อนจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ซึ่งแสดงออกที่ระดับพลังงานปานกลางในการแข็งตัวของเลือด และที่พลังงานสูงในการระเหยของเนื้อเยื่อชีวภาพ

ในโหมดพัลซิ่ง ผลของรังสีที่มีต่อวัตถุทางชีวภาพจะซับซ้อนมากขึ้น ปฏิสัมพันธ์ของรังสีกับเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตในที่นี้มีลักษณะระเบิดได้และมาพร้อมกับทั้งผลกระทบจากความร้อน (การแข็งตัวของการระเหย) และการก่อตัวของคลื่นการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์ในเนื้อเยื่อชีวภาพ ซึ่งแพร่กระจายลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพ ที่ความหนาแน่นพลังงานสูง ไอออนไนซ์ของอะตอมของเนื้อเยื่อชีวภาพเป็นไปได้

ดังนั้นความแตกต่างในพารามิเตอร์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ทำให้เกิดความแตกต่างในกลไกและผลลัพธ์ของการมีปฏิสัมพันธ์ ทำให้เลเซอร์มีกิจกรรมที่หลากหลายในการแก้ปัญหาทางการแพทย์ต่างๆ

ปัจจุบัน เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในสาขาการแพทย์ เช่น ศัลยกรรม มะเร็งวิทยา จักษุวิทยา การบำบัด นรีเวชวิทยา ระบบทางเดินปัสสาวะ ศัลยกรรมระบบประสาท รวมถึงเพื่อการวินิจฉัย

ในการผ่าตัด ลำแสงเลเซอร์ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในฐานะมีดผ่าตัดอเนกประสงค์ โดยมีคุณสมบัติเหนือกว่าในด้านการตัดและการห้ามเลือดเมื่อเทียบกับมีดไฟฟ้า กลไกการทำงานร่วมกันของมีดผ่าตัดเลเซอร์กับเนื้อเยื่อชีวภาพมีลักษณะดังนี้

1. การขาดการสัมผัสเชิงกลของอุปกรณ์กับเนื้อเยื่อชีวภาพ ช่วยลดความเสี่ยงของการติดเชื้อของอวัยวะที่ผ่าตัด และช่วยให้มั่นใจว่าการผ่าตัดจะดำเนินการในพื้นที่ผ่าตัดอิสระ

2. ผลห้ามเลือดของการแผ่รังสีซึ่งทำให้สามารถรับแผลที่ไม่มีเลือดและหยุดเลือดจากเนื้อเยื่อที่มีเลือดออกได้

3. ผลการฆ่าเชื้อภายในของรังสีซึ่งเป็นวิธีการออกฤทธิ์ในการต่อสู้กับการติดเชื้อที่บาดแผลซึ่งช่วยป้องกันภาวะแทรกซ้อนในช่วงหลังผ่าตัด

4. ความสามารถในการควบคุมพารามิเตอร์ของการแผ่รังสีเลเซอร์ ทำให้สามารถรับผลกระทบต่าง ๆ เมื่อรังสีมีปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ

5. ผลกระทบต่อเนื้อเยื่อบริเวณใกล้เคียงน้อยที่สุด

ปัญหาที่หลากหลายที่มีอยู่ในการผ่าตัดจำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างครอบคลุมถึงความเป็นไปได้ของการใช้เลเซอร์ที่มีพารามิเตอร์และโหมดการฉายรังสีที่หลากหลาย

ในการผ่าตัด เลเซอร์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ความยาวคลื่นรังสี 10.6 μm) ซึ่งทำงานในโหมดพัลซิ่งและต่อเนื่องที่มีกำลังรังสีสูงถึง 100 W ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นมีดผ่าตัดแบบเบา

กลไกการออกฤทธิ์ของรังสีเลเซอร์ CO 2 คือการทำความร้อนของเนื้อเยื่อชีวภาพเนื่องจากการดูดซับรังสีเลเซอร์ที่แข็งแกร่ง ความลึกของการทะลุทะลวงของรังสีนี้ไม่เกิน 50 ไมครอน ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพลังงานรังสี ผลของมันจะปรากฏในผลกระทบของการตัดหรือการแข็งตัวของพื้นผิวของเนื้อเยื่อชีวภาพ

เนื้อเยื่อถูกตัดด้วยลำแสงเลเซอร์แบบโฟกัสเนื่องจากการระเหยของเนื้อเยื่อทีละชั้น ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรสูงถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ต่อ 1 ซม. 3 การแข็งตัวของเนื้อเยื่อบนพื้นผิวทำได้โดยการเปิดเผยให้รังสีเลเซอร์พร่ามัวที่ความหนาแน่นของปริมาตรประมาณหลายร้อยวัตต์ต่อ 1 ซม. 3

ด้วยกำลังการแผ่รังสีเลเซอร์ 20 W เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงเลเซอร์โฟกัส 1 มม. (ความหนาแน่นของพลังงานพื้นผิว 2.5 kW/cm 2 ) และความลึกของการแผ่รังสี 50 μm ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ใช้เพื่อให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อชีวภาพสูงถึง 500 กิโลวัตต์/ซม.3 . ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรที่สูงมากของการแผ่รังสีเลเซอร์ทำให้มั่นใจได้ว่าความร้อนและการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพอย่างรวดเร็วในบริเวณที่ผลกระทบของลำแสงเลเซอร์ ในกรณีนี้ biotissue จะสลายตัวก่อนด้วยการระเหยของของเหลวและการทำให้เป็นคาร์บอนของเฟสของแข็ง เนื้อเยื่อชีวภาพที่ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์โดยสมบูรณ์จะสังเกตได้ในช่วงอุณหภูมิ 200-220 °C กรอบคาร์บอนของเนื้อเยื่อชีวภาพนั้นมีอุณหภูมิสูงถึง 400-450 ° C และจะถูกเผาไหม้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก เมื่อเฟรมคาร์บอไนซ์ไหม้ อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เป็นก๊าซจะอยู่ที่ 800-1,000 °C

ความลึกของการตัดถูกกำหนดโดยความเร็วที่ขอบเขตของชั้นการทำลายเนื้อเยื่อทางชีวภาพเคลื่อนลึกลงไป ในกรณีนี้ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของขอบเขตที่ระบุจะขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ตามแนวตัด ยิ่งความเร็วในการเคลื่อนที่ของจุดโฟกัสตามแนวเส้นตัดต่ำลง ความลึกของการตัดก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน

ตรงกันข้ามกับการแผ่รังสีที่มี = 10.6 μm การแผ่รังสีด้วยเลเซอร์ YAG-Nd มีลำดับความสำคัญในการเจาะเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพที่มากกว่า ซึ่งเป็นปัจจัยที่ดีสำหรับการแข็งตัวของเลือดขนาดใหญ่อย่างไม่ต้องสงสัย หลอดเลือดสำหรับเลือดออกมากตลอดจนการทำลายเนื้องอกที่อยู่ลึก

ดังนั้นการแผ่รังสีของเลเซอร์ YAG-Nd จึงมีผลในการจับตัวเป็นก้อนเด่นชัด (ผลการตัดของการแผ่รังสีของเลเซอร์นี้ด้อยกว่าเอฟเฟกต์ของเลเซอร์ CO 2 อย่างมาก) ซึ่งกำหนดขอบเขตการใช้งานจริง

4 มาตรการป้องกันรังสีเลเซอร์

เมื่อทำงานกับระบบเลเซอร์ การแผ่รังสีเลเซอร์โดยตรงและกระจายที่ไม่สามารถควบคุมได้อาจเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ (ผู้ป่วย บุคลากรทางการแพทย์) ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายอย่างยิ่งต่อการมองเห็นของผู้ปฏิบัติงานที่ทำงานกับระบบเลเซอร์ อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีเลเซอร์อินฟราเรดที่กระจัดกระจายของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ต่อเนื่องจากการติดตั้ง Scalpel-1, Romashka-1 และ Romashka-2 นั้นจะถูกเก็บรักษาไว้อย่างสมบูรณ์โดยชั้นของของเหลวน้ำตาและกระจกตาและไปไม่ถึงอวัยวะ . เนื่องจากความลึกของการเจาะทะลุของรังสีเลเซอร์ไม่เกิน 50 ไมครอน พลังงานประมาณ 70% จะถูกดูดซับโดยของเหลวน้ำตา และประมาณ 30% โดยกระจกตา

การแผ่รังสีความเข้มสูงจากเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากถูกโฟกัส อาจทำให้เกิดการไหม้เฉพาะที่ผิวหนังบริเวณส่วนที่สัมผัสของร่างกาย - แขน, ใบหน้า ผลกระทบของรังสีเลเซอร์ต่อร่างกายมนุษย์ไม่ได้ปรากฏเฉพาะเมื่อความเข้มของรังสีต่ำกว่าระดับที่ปลอดภัยเท่านั้น ซึ่งสำหรับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ต่อเนื่องคือ 0.1 W/cm 2 สำหรับดวงตา เป็นที่ทราบกันดีว่าในการตั้งค่าทางคลินิกเพื่อให้บรรลุผลทางคลินิกที่ต้องการ ระดับการฉายรังสีโดยตรงจะถูกนำมาใช้ซึ่งสูงกว่าระดับที่ปลอดภัยหลายร้อยพันเท่า ดังนั้นเมื่อทำงานกับระบบเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์จึงจำเป็นต้องปฏิบัติตามการป้องกันบางประการ มาตรการ

ในห้องที่ดำเนินการโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ แนะนำให้คลุมผนังและเพดานด้วยวัสดุที่มีการสะท้อนแสงน้อยที่สุด และวางอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่มีพื้นผิวมันวาวเรียบในลักษณะที่ไม่สามารถถูกกระแทกได้ไม่ว่าในสถานการณ์ใดก็ตาม ด้วยลำแสงตรงหรือเพื่อปิดกั้นหน้าจอด้วยพื้นผิวสีเข้มด้าน ก่อนเข้าห้องที่ติดตั้งการติดตั้งจะต้องติดตั้งป้ายไฟ (“ห้ามเข้า”__“เปิดเลเซอร์”) ซึ่งจะเปิดขึ้นระหว่างการทำงานของเลเซอร์

การปกป้องดวงตาของผู้ป่วยและบุคลากรจากรังสีโดยตรงหรือรังสีสะท้อนของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์รับประกันความน่าเชื่อถือด้วยแว่นตาที่ทำจากแก้วแสงธรรมดา เป็นที่พึงปรารถนาที่จะทำแว่นตาในลักษณะที่ไม่รวมความเป็นไปได้ที่รังสีเลเซอร์จะเข้ามาผ่านช่องว่างระหว่างกรอบและใบหน้าและมีการมองเห็นที่กว้าง แว่นตาจะสวมใส่เฉพาะระหว่างระยะเลเซอร์ของการผ่าตัด เพื่อป้องกันไม่ให้ดวงตาสัมผัสกับรังสีเลเซอร์โดยตรง

เมื่อทำงานร่วมกับระบบเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ การใช้เครื่องมือผ่าตัดด้วยเลเซอร์จะเพิ่มความเสี่ยงต่อความเสียหายต่อผิวหนังของมือและใบหน้าของศัลยแพทย์เนื่องจากการสะท้อนของลำแสงเลเซอร์จากเครื่องมือ อันตรายนี้จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อใช้เครื่องมือที่มี "การทำให้ดำคล้ำ" เป็นพิเศษ เครื่องมือ "ดำคล้ำ" ดูดซับรังสีเลเซอร์ประมาณ 90% ที่ตกกระทบด้วยความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน เครื่องมืออื่นๆ เช่น อุปกรณ์ดึงกลับ คีมห้ามเลือด แหนบ ที่เย็บกระดาษ ก็สามารถสะท้อนลำแสงเลเซอร์ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ในมือของศัลยแพทย์ผู้มีประสบการณ์ ขั้นตอนการผ่าตัดใดๆ ก็ตามสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องให้ลำแสงเลเซอร์ไปที่เครื่องมือเหล่านี้ นอกจากนี้ยังมีอันตรายจากการจุดติดไฟของวัสดุผ่าตัด, ผ้าเช็ดปาก, ผ้าปูที่นอน ฯลฯ เมื่อรังสีเลเซอร์โดยตรงกระทบกับพวกเขาดังนั้นเมื่อใช้งานจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุอ่อนที่แช่ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ไอโซโทนิกในพื้นที่ ​​การรักษาด้วยเลเซอร์ตามที่ตั้งใจไว้_ แนะนำให้ใช้ในขณะที่ทำการผ่าตัด ในระหว่างขั้นตอนเลเซอร์ของการผ่าตัด ให้นำอุปกรณ์รังสีเลเซอร์และอุปกรณ์ที่ทำจากพลาสติกที่สามารถจุดติดไฟได้ที่อุณหภูมิสูงออกจากสนาม

เราไม่ควรลืมว่าเครื่องเลเซอร์ก็เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าเช่นกัน ในเรื่องนี้เมื่อใช้งานจำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยทางไฟฟ้าที่ปฏิบัติตามระหว่างการติดตั้งระบบไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภค

บุคลากรที่ทำงานเกี่ยวกับระบบเลเซอร์จะต้องได้รับการฝึกอบรมพิเศษและมีคุณสมบัติที่เหมาะสม ทุกคนที่ทำงานกับรังสีเลเซอร์ควรได้รับการตรวจเป็นประจำอย่างน้อยปีละครั้ง การตรวจสุขภาพรวมถึงการตรวจโดยจักษุแพทย์ นักบำบัด และนักประสาทวิทยา นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งที่จำเป็น การวิเคราะห์ทางคลินิกเลือดพร้อมตรวจระดับฮีโมโกลบิน จำนวนเม็ดเลือดขาว และสูตรเม็ดเลือดขาว ทำการทดสอบตับขั้นพื้นฐานด้วย

หากปฏิบัติตามกฎข้างต้นอย่างระมัดระวัง อันตรายจากความเสียหายต่ออวัยวะ เนื้อเยื่อ และสภาพแวดล้อมทางชีวภาพของร่างกายมนุษย์จะหายไปในทางปฏิบัติ ดังนั้นตลอดระยะเวลา 10 ปีในการทำงานกับการติดตั้งเลเซอร์ต่างๆ ซึ่งโดยรวมแล้วได้ดำเนินการหลายพันครั้ง เราไม่ได้สังเกตเห็นความเสียหายต่อดวงตาและผิวหนังจากการแผ่รังสีเลเซอร์แม้แต่กรณีเดียวตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของสถานะสุขภาพ ของพนักงานของสถาบันที่เกี่ยวข้องกับงานติดตั้งเลเซอร์

5 การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อทางชีววิทยา

กฎหมายที่ควบคุมการแทรกซึมของรังสีเข้าสู่เนื้อเยื่อเกี่ยวข้องโดยตรงกับปัญหากลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ สาเหตุหนึ่งที่รังสีทะลุผ่านไปยังระดับความลึกที่จำกัดคือการดูดซับรังสีเลเซอร์โดยเนื้อเยื่อชีวภาพ และนี่คือลิงก์เริ่มต้นบังคับที่มีข้อยกเว้นที่หายากซึ่งนำหน้าห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงที่กำลังพัฒนาในสิ่งมีชีวิตที่ถูกฉายรังสี ความลึกของการแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในเนื้อเยื่อมีความสำคัญมากในทางปฏิบัติ เนื่องจากเป็นปัจจัยหนึ่งที่กำหนดขอบเขต แอปพลิเคชันที่เป็นไปได้เลเซอร์ในคลินิก

การดูดซึมไม่ใช่กระบวนการเดียวที่นำไปสู่การลดทอนของรังสีเลเซอร์เมื่อผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพ พร้อมกับการดูดกลืนรังสี กระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ จำนวนมากเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะท้อนของแสงจากพื้นผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง การหักเหเมื่อผ่านขอบเขตที่แยกตัวกลางสองตัวที่ไม่เหมือนกันทางแสง การกระเจิงของแสงด้วยอนุภาคเนื้อเยื่อ ฯลฯ ดังนั้น เราสามารถพูดถึงการลดทอนของรังสีโดยทั่วไปได้ รวมถึงนอกเหนือจากการดูดซับ การสูญเสียเนื่องจากปรากฏการณ์อื่น ๆ และเกี่ยวกับการดูดซับรังสีที่แท้จริง ในกรณีที่ไม่มีการกระเจิง การดูดกลืนในตัวกลางจะมีพารามิเตอร์ 2 ตัวคือ ความสามารถในการดูดซับและความลึกของการดูดกลืน ความสามารถในการดูดซับหมายถึงอัตราส่วนของพลังงานที่ถูกดูดซับในตัวกลางต่อพลังงานรังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของตัวกลาง อัตราส่วนนี้จะน้อยกว่า 1 เสมอเนื่องจากการแผ่รังสีบางส่วนผ่านไปได้ ความลึกของการดูดซับแสดงถึงการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานที่ถูกดูดซับในตัวกลาง ในกรณีที่ง่ายที่สุด (การสลายตัวของแสงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลในสสาร) จะเท่ากับระยะทางที่พลังงานรังสีลดลง 2.718 เท่าเมื่อเทียบกับพลังงานรังสีบนพื้นผิวของตัวกลาง ส่วนกลับของความลึกในการดูดซับเรียกว่าสัมประสิทธิ์การดูดซับ มีขนาดซม.-1 หากการกระเจิงของแสงเกิดขึ้นพร้อมกับการดูดกลืน ดังนั้นระยะทางซึ่งเป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของกระบวนการเหล่านี้ การแผ่รังสีจะลดลงตามปัจจัยหนึ่งคือความลึกของการลดทอนหรือการทะลุทะลวงของรังสี และค่าผกผันของมันคือ ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนซึ่งมีมิติ cm -1 ด้วย

เมื่อพิจารณาการดูดซึมของรังสีเลเซอร์ตามทฤษฎีในทางทฤษฎี เพื่อลดความซับซ้อนของปัญหา สามารถสันนิษฐานได้ว่ารังสีนั้นเป็นคลื่นระนาบที่ตกกระทบบนพื้นผิวเรียบของวัตถุ และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงทั่วทั้งพื้นที่ฉายรังสีจะเท่ากันและไม่ ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง ในกรณีนี้ พลังงานรังสี (กำลัง) จะลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น และการกระจายของรังสีจะแสดงเป็นสมการ:

P=P 0 ประสบการณ์ (1)

โดยที่ P คือกำลังการแผ่รังสีที่ระดับความลึก Po คือพลังของการแผ่รังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของเนื้อเยื่อ - ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเนื้อเยื่อ (เราละเลยการสูญเสียเนื่องจากการสะท้อนของแสงจากเนื้อเยื่อ)

ในสภาวะจริง เมื่อวัตถุทางชีวภาพถูกฉายรังสี ความสัมพันธ์ง่ายๆ ระหว่างความหนาของชั้นเนื้อเยื่อและปริมาณพลังงานที่ดูดซับจะถูกละเมิด ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับของส่วนต่างๆ ของเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสี ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเม็ดเมลานินในเรตินาจึงมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมของเนื้อเยื่อโดยรอบถึง 1,000 เท่า เนื่องจากการดูดกลืนแสงเป็นกระบวนการระดับโมเลกุลซึ่งท้ายที่สุดแล้วขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโมเลกุลที่ดูดซับรังสี ปริมาณการดูดกลืนแสงในระดับเซลล์และเซลล์ย่อยอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญแม้แต่จากออร์แกเนลล์ไปจนถึงออร์แกเนลล์ก็ตาม สุดท้าย การดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงจึงแตกต่างกันไปอย่างมากสำหรับเลเซอร์ที่เปล่งออกมาในภูมิภาคต่างๆ ของสเปกตรัม

ในการศึกษาเบื้องต้นจำนวนหนึ่ง ค่าการดูดซึมของเนื้อเยื่อชีวภาพได้รับการตัดสินโดยพิจารณาจากผลการตรวจวัดการส่งผ่านแสง ในกรณีส่วนใหญ่ การทดลองจะดำเนินการด้วยเลเซอร์ทับทิมและนีโอไดเมียม ดังนั้นเมื่อฉายรังสีหนูด้วยเลเซอร์ทับทิมพบว่าพลังงาน 45 ถึง 60% แทรกซึมผ่านผิวหนังและ 20 ถึง 30% ผ่านทางผิวหนังและกล้ามเนื้อใต้ผิวหนัง การพัฒนาวิธีการหาค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านและการสะท้อนของเนื้อเยื่อนั้นอุทิศให้กับการวิจัยของ G. G. Shamaeva และคณะ (1969) ข้อมูลที่ได้รับโดยใช้วิธีนี้เมื่อฉายรังสีหนูด้วยเลเซอร์นีโอไดเมียมถูกนำมาใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมทางผิวหนังที่ 9.9 ซม. -1

L.I. Derlemenko (1969), M.I. Danko และคณะ (1972) ใช้โฟโตมิเตอร์แบบรวมเพื่อตรวจสอบการดูดซึมของรังสีเลเซอร์นีโอไดเมียมโดยเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อและตับของหนู เมื่อฉายรังสีกล้ามเนื้อ 27-32% ของรังสีจะผ่านชั้นเนื้อเยื่อหนา 1 มม. และ 20-23% ของตับ สำหรับชั้นผ้าที่มีความหนา 6 มม. ค่าเหล่านี้คือ 3 และ 1.5% ตามลำดับ

ข้อมูลที่นำเสนอแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาการดูดกลืนรังสีเลเซอร์ในระดับสีของเนื้อเยื่อ: เนื้อเยื่อที่มีเม็ดสีเข้มข้นจะดูดซับรังสีได้เข้มข้นกว่าเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ รูปแบบเดียวกันนี้ปรากฏชัดในการทดลองการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ทับทิมและนีโอไดเมียม เนื้องอกต่างๆในสัตว์ การดูดซึมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเป็นเรื่องปกติสำหรับเนื้องอกเนื่องจากมีเมลานินอยู่ในตัว

A. M. Urazaev และคณะ (1978) เปรียบเทียบระดับการลดทอนของการแผ่รังสีของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (ความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร) และเลเซอร์อาร์กอน (488 นาโนเมตร) เมื่อผ่านส่วนต่างๆ ของร่างกายของหนูขนที่มีชีวิตหรือผ่านการเตรียมการที่เตรียมจาก อวัยวะของสัตว์ที่อุดตัน การแผ่รังสีที่ส่งผ่านถูกวัดโดยใช้โฟโตเซลล์ และข้อมูลที่ได้รับจะถูกนำมาใช้ในการคำนวณความลึกของการทะลุผ่านของรังสีเลเซอร์ ในการทดลองเกือบทุกรูปแบบ รังสีจากบริเวณสีแดงของสเปกตรัมทะลุผ่านได้ลึกกว่าสีน้ำเงิน-เขียว และความแตกต่างนี้เด่นชัดที่สุดเมื่อผ่านอวัยวะที่มีหลอดเลือดหนาแน่นและมีเลือดปริมาณมาก

การเปรียบเทียบความลึกของการแทรกซึมของเลเซอร์ไนโตรเจน (ความยาวคลื่น 337.1 นาโนเมตร) ฮีเลียม-แคดเมียม (441.6 นาโนเมตร) และเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (632.8 นาโนเมตร) เข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพได้ดำเนินการในชุดการศึกษาโดยผู้เขียนคนอื่นๆ ทำการวัดส่วนต่างๆ ของอวัยวะต่างๆ ของหนูโดยใช้สองวิธี โดยใช้ลูกบอลโฟโตเมตริกหรือหัววัดแสง ในกรณีแรก ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนของรังสีเลเซอร์ในเนื้อเยื่อถูกกำหนดโดยโฟโตเมตริก และอย่างหลังทำให้สามารถคำนวณความลึกของการเจาะทะลุของรังสีได้ ประการที่สอง มีการสอดตัวนำแสงแก้วบาง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75 มม.) ที่เชื่อมต่อกับเครื่องคูณแสงเข้าไปในตัวอย่างเนื้อเยื่อฉายรังสีที่ด้านตรงข้ามของลำแสงเลเซอร์โดยมีแกนร่วมด้วย ด้วยการเลื่อนส่วนปลายของตัวนำแสงไปยังระยะทางต่างๆ ที่ทราบจากจุดที่เกิดลำแสงบนพื้นผิวของเนื้อเยื่อและการวัดความหนาแน่นของฟลักซ์แสง ทำให้ได้เส้นโค้งของการกระจายของความเข้มของรังสีเลเซอร์ในเนื้อเยื่อ และ กำหนดความลึกของการเจาะ

ทั้งสองวิธีที่ใช้ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน การแผ่รังสีจากเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนมีพลังทะลุทะลวงมากที่สุด และเลเซอร์ฮีเลียม-แคดเมียมมีพลังงานน้อยที่สุด ในทุกกรณีความลึกของการเจาะจะต้องไม่เกิน 2-2.5 มม.

ปัญหาที่น่าสนใจเกิดขึ้นในการทดลองที่ดำเนินการโดย V. A. Dubrovsky และ O. G. Astafieva (1979) ซึ่งพวกเขาเปรียบเทียบการดูดกลืนรังสีสีแดงโดยเม็ดเลือดแดงแตกในเลือดกับคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน: การแผ่รังสีแบบโพลาไรซ์ที่สอดคล้องกันของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน; การแผ่รังสีที่ไม่ต่อเนื่องแบบโพลาไรซ์จากหลอดไส้ผ่านฟิลเตอร์โพลารอยด์และสเปกตรัม การแผ่รังสีที่ไม่มีขั้วและไม่ต่อเนื่องกันจากหลอดไส้ส่งผ่านตัวกรองสเปกตรัมเท่านั้น พบว่าการเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่ไม่ส่งผลต่อการดูดซึม ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความกว้างของสเปกตรัมและคุณสมบัติโพลาไรซ์ของรังสี: รังสีโพลาไรซ์จะถูกดูดซับอย่างแข็งขันน้อยกว่ารังสีที่ไม่มีโพลาไรซ์

พร้อมด้วยข้อมูลที่ให้ไว้เกี่ยวกับการดูดซับโดยเนื้อเยื่อชีวภาพของรังสีจากเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้อัลตราไวโอเลตใกล้ (ไนโตรเจน) ส่วนที่มองเห็นได้ (ฮีเลียม-แคดเมียม อาร์กอน ฮีเลียม-นีออน ทับทิม) และบริเวณสเปกตรัมใกล้อินฟราเรด (นีโอไดเมียม) ข้อมูล ต่อการดูดกลืนแสงถือเป็นรังสีที่สำคัญในทางปฏิบัติจากเลเซอร์ CO3 ที่สร้างขึ้นในบริเวณอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 10,600 นาโนเมตร เนื่องจากรังสีนี้ถูกดูดซับอย่างเข้มข้นโดยน้ำ และรังสีชนิดนี้คิดเป็นประมาณ 80% ของมวลเซลล์ส่วนใหญ่ เมื่อเนื้อเยื่อชีวภาพสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ CO2 จึงถูกดูดซับเกือบทั้งหมดโดยชั้นผิวของเซลล์

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น การแทรกซึมของรังสีเลเซอร์เข้าไปในส่วนลึกของเนื้อเยื่อนั้นถูกจำกัด เนื่องจากไม่เพียงแต่การดูดซับเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการอื่นๆ ด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวเนื้อเยื่อ อ้างอิงจาก B. A. Kudryashov (1976), p. D. Pletnev (1978) และคนอื่นๆ การแผ่รังสีของเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้อัลตราไวโอเลตและบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม (ไนโตรเจน ฮีเลียม-แคดเมียม อาร์กอน ฮีเลียม-นีออน ทับทิม) ที่สะท้อนโดยผิวขาวของมนุษย์และสัตว์คือ 30 -40%; สำหรับรังสีอินฟราเรดของเลเซอร์นีโอไดเมียมค่านี้จะไม่น้อยนัก (20-35%) และในกรณีของรังสีอินฟราเรดระยะไกลของเลเซอร์ CO2 จะลดลงเหลือประมาณ 5% สำหรับอวัยวะภายในต่างๆ ของสัตว์ ค่าการสะท้อนแสง (633 นาโนเมตร) แปรผันตั้งแต่ 0.18 (ตับ) ถึง 0.60 (สมอง)

เนื่องจากการลดทอนของรังสีเลเซอร์ ความลึกของการแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพจึงไม่เกินหลายมิลลิเมตร และการใช้งานเลเซอร์ในทางปฏิบัติจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม นอกจากเนื้อหาที่นำเสนอแล้ว ข้อมูลยังเป็นที่ทราบกันดีว่าช่วยให้เราสามารถสรุปผลในแง่ดีได้มากขึ้น มันเป็นเรื่องของในการศึกษาทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น สามารถประเมินบทบาทของการกระเจิงของรังสีที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อหาค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านและการสะท้อนของตัวอย่างเนื้อเยื่อโดยใช้โฟโตเมตริกบอล ความแตกต่างที่ตรวจพบได้ในความเข้มของรังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวของตัวอย่างและการส่งผ่านนั้นจะเป็นผลรวม (ลบรังสีที่สะท้อน) ของการสูญเสียเนื่องจากการดูดซับและการกระเจิง และส่วนแบ่งของแต่ละกระบวนการยังไม่ทราบ ในอีกกรณีหนึ่ง เมื่อวัดความเข้มของรังสีถึงจุดที่กำหนดที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อโดยใช้หัววัดแสง ส่วนปลายของจุดหลังจะรับรู้เพียงรังสีที่ตกลง "จากด้านหน้า" ที่จริงแล้ว จุดที่เป็นปัญหาภายในเนื้อเยื่อ ได้รับแสงสว่างจากทุกทิศทุกทางด้วยการแผ่รังสีที่กระจัดกระจายโดยอนุภาคที่อยู่รอบตัวเธอ ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้วิธีนี้ จึงได้ค่าตัวบ่งชี้การกระจายความเข้มของรังสีเหนือความลึกที่ประเมินไว้ต่ำเกินไป ซึ่งไม่อนุญาตให้คำนึงถึงแสงที่กระจัดกระจาย ในเวลาเดียวกัน ในสื่อที่มีการกระเจิงอย่างเข้มข้น เช่น เนื้อเยื่อชีวภาพ สัดส่วนของการกระเจิงของรังสีมีความสำคัญมาก

การนำบทบัญญัติเหล่านี้มาพิจารณาในการศึกษาโดยละเอียดหลายชุด โดเฮอร์ตี้ และคณะ (1975, 1978) มีความพยายามในการตรวจสอบผลกระทบของการกระเจิงของแสงต่อความลึกของการแทรกซึมของรังสีเข้าไปในเนื้อเยื่อ ผู้เขียนใช้ตาแมวกำหนดสัดส่วนของการแผ่รังสีแสงจากหลอดซีนอน (เน้นพื้นที่ 620-640 นาโนเมตร) ที่ผ่านส่วนที่มีความหนาต่าง ๆ ซึ่งได้มาจากเนื้องอกที่ปลูกถ่ายของต่อมน้ำนมของหนูหรือ จากเนื้อเยื่อปกติของพวกเขา ค่าที่ได้รับของค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านแสงถูกนำมาใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิง (S) และการดูดกลืนแสง (K) จากความสัมพันธ์ที่กำหนดโดย P. Kubelka (1964) และ F. Kottler (I960) ค่าที่ได้รับสำหรับเนื้อเยื่อเนื้องอกคือ S = 13.5 และ K = 0.04 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเศษส่วนของแสงที่กระเจิงนั้นมากกว่าเศษส่วนของแสงที่ดูดกลืนมาก ฉัน

ในงานชิ้นที่สองซึ่งดำเนินการในปี พ.ศ. 2521 โดยนักวิจัยกลุ่มเดียวกัน มีการใช้วิธีการสองวิธีที่อนุญาตให้รับค่าความเข้มของแสงคั่นระหว่างหน้าทั้งหมด ทั้งค่าที่พบโดยไม่คำนึงถึงการกระเจิงและรวมถึงค่านั้นด้วย เพื่อรับการทดลองโดยตรง ในกรณีที่ใช้วิธีการใดวิธีหนึ่ง มีการสอดตัวนำแสงไฟเบอร์หนา 0.8 มม. เข้าไปในส่วนลึกของเนื้องอกที่เพิ่งตัดออก (rhabdomyoifcoma ในหนู) และปลายที่ยื่นออกมาจากเนื้อเยื่อนั้นกำกับโดยลำแสงเลเซอร์ฮีเลียมนีออน 2 mW . ไฟนำทางอีกอันที่เชื่อมต่อกับโฟโตมิเตอร์ถูกเสียบจากฝั่งตรงข้ามของตัวอย่าง โดยการนำแถบนำแสงสัมผัสกันในขั้นแรก จากนั้นจึงแยกออกจากกันตามระยะทางที่ทราบ ความเข้มของการแผ่รังสีที่ส่งผ่านชั้นเนื้อเยื่อที่มีความหนาคงที่จึงถูกวัดได้ เช่นเดียวกับในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้น วิธีนี้ไม่อนุญาตให้คำนึงถึงการกระจัดกระจายไม่

เทคนิคที่สองคือแอกติโนเมตริก (โฟโตเคมีคอล) และประกอบด้วยการใส่หลอดเส้นเลือดฝอยหลายหลอดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. เติมสารละลายของส่วนผสมไวแสงลงในเนื้อเยื่อเนื้องอกจนถึงระดับความลึกระดับหนึ่ง จากนั้นฉายรังสีตัวอย่างเนื้อเยื่อด้วยแสงที่มีความเข้มที่ทราบโดยใช้หลอดไส้ (ความยาวคลื่นมากกว่า 600 นาโนเมตร) เพื่อกำหนดปริมาณของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสงและเป็นหน้าที่ของความลึกของหลอด . แน่นอนว่าด้วยการออกแบบการทดลองนี้ วิถีของปฏิกิริยาได้รับอิทธิพลจากการแผ่รังสีทั้งหมดที่ไปถึงจุดที่กำหนดซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อ รวมถึงแสงที่กระเจิงด้วย ข้อมูลที่นำเสนอในรูป 2 ช่วยให้เราสามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้รับโดยใช้วิธีการเหล่านี้ กราฟแสดงให้เห็นว่าความเข้มของรังสีในเนื้อเยื่อเนื้องอกที่ความลึกเท่ากัน ซึ่งกำหนดโดยวิธีแอกติโนเมตริก นั้นสูงกว่าความเข้มข้นที่กำหนดโดยใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติกอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น จากเส้นโค้งของการวัดแอกติโนเมตริก เป็นที่ชัดเจนว่าที่ระดับความลึก 2 ซม. ประมาณ 8% ของรังสียังคงแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อ ในขณะที่ตามเส้นโค้งที่สอง ค่านี้จะน้อยกว่า 0.1% K

ดังนั้นความโดดเด่นอย่างมีนัยสำคัญของการกระเจิงของแสงที่มองเห็นได้เมื่อผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพมากกว่าการดูดซับทำให้เราสรุปได้ว่าความสามารถของรังสีเลเซอร์ในการเจาะเนื้อเยื่อนั้นสูงกว่าที่เชื่อกันโดยทั่วไป หากเราคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการส่งรังสีเลเซอร์ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อโดยใช้ใยแก้วนำแสงและการกระจายที่ตามมาทั่วทั้งรอยโรคที่ได้รับการฉายรังสีเนื่องจากการกระเจิงเราสามารถลองขยายขอบเขตการใช้เลเซอร์ทางคลินิกได้อย่างมีนัยสำคัญ

6 กลไกทางพยาธิวิทยาของปฏิกิริยาระหว่างรังสีเลเซอร์กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ

ความเป็นเอกรงค์ ทิศทางที่เข้มงวด การเชื่อมโยงกัน และความสามารถในการรวมพลังงานจำนวนมากในพื้นที่ขนาดเล็ก ทำให้สามารถเลือกจับตัวเป็นก้อน ระเหย และตัดเนื้อเยื่อทางชีวภาพโดยไม่ต้องสัมผัส โดยมีการแข็งตัวของเลือดที่ดี เป็นหมัน และ Ablasticity

เมื่อรังสีเลเซอร์ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อชีวภาพจะสังเกตเห็นผลกระทบหลายประการ: ความร้อนที่เกิดจากการดูดซับควอนตัมแบบเลือกสรรการปรากฏตัวของคลื่นการบีบอัดและการกระแทกแบบยืดหยุ่นในตัวกลางการกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังซึ่งในบางกรณีมาพร้อมกับเลเซอร์ การแผ่รังสีตลอดจนผลกระทบอื่น ๆ ที่เกิดจากคุณสมบัติทางแสงต่อสิ่งแวดล้อมเอง

เมื่อรังสีเลเซอร์ส่งผลต่อเนื้อเยื่อ ระดับการโฟกัสเป็นสิ่งสำคัญ ในระหว่างการส่งลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสผ่านเนื้อเยื่อที่มีชีวิต ความเข้มของรังสีจะลดลงอย่างรวดเร็ว และสำหรับเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่ระดับความลึก 4 ซม. จะมีเพียง 1-2% ของพลังงานเริ่มต้นเท่านั้น ระดับและผลลัพธ์ของผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์ต่อเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะต่างๆ ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับลักษณะของการแผ่รังสี (ประเภทของเลเซอร์ ระยะเวลาและความหนาแน่นของพลังงานของการแผ่รังสี ความถี่พัลส์ ฯลฯ) แต่ยังรวมถึง ลักษณะทางเคมีกายภาพและชีวภาพของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่ถูกฉายรังสี /(ความเข้มของการไหลของเลือด ความหลากหลาย การนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมและการสะท้อนของพื้นผิวขั้นกลางต่างๆ ภายในตัวกลาง เป็นต้น) ส่วนประกอบภายในเซลล์ของเซลล์กลายเป็นโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนและทำลายได้ง่ายที่สุดภายใต้อิทธิพลของรังสีเลเซอร์

ความสามารถในการรวมรังสีเลเซอร์เข้าไปในลำแสงแคบนำไปสู่การสร้างมีดผ่าตัดเลเซอร์ซึ่งทำให้สามารถตัดเนื้อเยื่อต่างๆ โดยไม่ต้องใช้เลือดได้ ปัจจุบันสะสมไว้แล้ว ประสบการณ์ที่ดีการใช้รังสีเลเซอร์ในเวชศาสตร์ทดลองและคลินิก

คุณสมบัติการห้ามเลือดของรังสีเลเซอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้แคลมป์บีบอัดแบบพิเศษและเครื่องมือผ่าตัดด้วยเลเซอร์ที่ให้การบีบอัดในระยะสั้นและเลือดออกของเนื้อเยื่อตามแนวรอยบากที่ต้องการ หลักการบีบอัดตามขนาดยังช่วยลดปริมาณเนื้อร้ายของเนื้อเยื่อความร้อนได้อย่างมาก เนื่องจากภายใต้สภาวะการบีบอัด ค่าการนำความร้อนของเนื้อเยื่อจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเรื่องนี้ ความหนาแน่นของพลังงานที่เท่ากันของลำแสงเลเซอร์แบบโฟกัสทำให้สามารถผ่าเนื้อเยื่อภายใต้การบีบอัดได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งทำให้เกิดภาวะขาดเลือดของเนื้อเยื่อในท้องถิ่น

การใช้เลเซอร์ร่วมกับเครื่องมือพิเศษไม่เพียงช่วยให้แน่ใจได้ว่าการผ่าเนื้อเยื่อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งที่เรียกว่าการเชื่อมทางชีวภาพด้วย นักวิจัยสังเกตเห็นผลของการเชื่อมโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อผ่าอวัยวะต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีเพียงการสร้างอุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์แบบพิเศษเท่านั้นจึงเป็นไปได้ที่จะตระหนักถึงผลกระทบของการเชื่อมทางชีวภาพของเนื้อเยื่อของอวัยวะกลวงในระหว่างการผ่า ในพื้นที่ฉายรังสี จะสังเกตการดูดกลืนแสงที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของแสงที่สูงขึ้นของเนื้อเยื่อที่ถูกบีบอัดและการสะท้อนของแสงหลายครั้งจาก ชิ้นส่วนภายในอุปกรณ์ที่สร้างพื้นที่ปิด “การเชื่อม” ของเนื้อเยื่อของอวัยวะกลวงเกิดขึ้นทีละชั้นตามแนวรอยตัดในบริเวณที่มีการบีบอัดเนื้อเยื่อที่ผลิตโดยอุปกรณ์เหล่านี้

การแสดงทางสัณฐานวิทยาของการเปลี่ยนแปลงที่เป็นรากฐานของปรากฏการณ์นี้คือเนื้อร้ายความร้อนแข็งตัวของเนื้อเยื่อที่ถูกบีบอัดด้วยการก่อตัวของฟิล์มของเนื้อเยื่อที่แข็งตัวและองค์ประกอบเซลล์ตามขอบของการตัดซึ่งเชื่อมต่อชั้นทางกายวิภาคทั้งหมดของอวัยวะในระดับเดียวกัน

ผลที่ตามมาจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานรังสีแสงเป็นพลังงานความร้อนในเยื่อเมือกคือการเสียรูปและการทำให้ต่อมสั้นลงการย่นของเซลล์เยื่อบุผิวด้วยการจัดเรียงนิวเคลียสที่กะทัดรัด โครงสร้างที่ได้นั้นมีลักษณะคล้ายกับ “รั้วล้อมรั้ว” ในชั้นกล้ามเนื้อการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาจะเด่นชัดน้อยลง Submucosa อยู่ในโซน "การเชื่อม"

ความลึก (ไมโครเมตร) ของความเสียหายจากความร้อนต่อผนังกระเพาะอาหารระหว่างการผ่าตัดทางเดินอาหารโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์(ตามข้อมูลกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง)

ค่อย ๆ มองเห็นได้ ความกว้างของโซนของเนื้อร้ายแข็งตัวตามขอบของเนื้อเยื่อที่ผ่าในกรณีนี้คือภายใน 1-2 มม. ปริมาตรของรอยโรคเนื้อตายสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มปริมาณของเหลวในเนื้อเยื่อที่ผ่า และโดยการใช้อุปกรณ์เลเซอร์ที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น เมื่อผ่ากล้ามเนื้อโครงร่างด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ความกว้างของโซนเนื้อร้ายแข็งตัวถึง 1.1-1.2 มม. หลังจากฉีดของเหลวเข้าไปในกล้ามเนื้อเบื้องต้นลดลง 28-40%

ในทางกลับกันมีการปรับปรุงการใช้งาน ปีที่ผ่านมาอุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์พิเศษยังช่วยลดโซนของเนื้อร้ายความร้อนแข็งตัวเป็น 30-60 ไมครอน (ตารางที่ 1)

เนื่องจากแต่เพียงผู้เดียว อุณหภูมิสูงโดยธรรมชาติของการแผ่รังสีเลเซอร์ การระเหยอย่างรวดเร็วของของเหลวคั่นระหว่างหน้าและในเซลล์เกิดขึ้น จากนั้นจึงเกิดการเผาไหม้ของสารตกค้างที่แห้ง ความลึกและระดับ การเปลี่ยนแปลง dystrophicเนื้อเยื่อเมื่อถูกสัมผัส หลากหลายชนิดการแผ่รังสีเลเซอร์ขึ้นอยู่กับทั้งลักษณะของสเปกตรัมและพลังงานทั้งหมด (ระยะเวลาของการเปิดรับแสง) ของการแผ่รังสี เมื่อสัมผัสเพียงเล็กน้อย เฉพาะชั้นผิวของเนื้อเยื่อเท่านั้นที่จะถูกทำลาย ระยะเวลาที่ได้รับรังสีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจะมาพร้อมกับปริมาณเนื้อเยื่อที่เสียหายเพิ่มขึ้น จนถึงการเจาะอวัยวะ การเคลื่อนลำแสงเลเซอร์ไปในทิศทางตามยาวหรือตามขวางทำให้เกิดการระเหยของเนื้อเยื่อและการก่อตัวของส่วนเชิงเส้นของอวัยวะ

ในบริเวณที่มีการแข็งตัวของเนื้อร้ายความร้อนการแข็งตัวของผนังหลอดเลือดและเลือดเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของลิ่มเลือดที่มีลักษณะคล้ายไฮยะลินที่แข็งตัวซึ่งอุดตันรูของหลอดเลือดและทำให้แน่ใจว่ามีการแข็งตัวของเลือดอย่างเพียงพอ ภายใต้เงื่อนไขของการบีบอัดโดยใช้อุปกรณ์ผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ผลการห้ามเลือดจากการแผ่รังสีเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การแสดงแผนผังของแผลเลเซอร์ในกระเพาะอาหาร

เรือที่มีการไหลเวียนโลหิตลดลงจะแข็งตัวทันที

สัณฐานวิทยาของแผลด้วยเลเซอร์มีลักษณะเฉพาะที่แยกแยะความแตกต่างจากบาดแผลที่มาจากสาเหตุอื่นได้อย่างชัดเจน เนื้อเยื่อที่สัมผัสกับผลกระทบจากความร้อนจะแสดงโดยเนื้อร้ายแข็งตัว ทำให้เกิดสะเก็ดความร้อนด้วยเลเซอร์ อย่างหลังปกปิดพื้นผิวของแผลอย่างแน่นหนา หลังจากได้รับแสงเลเซอร์โดยตรง เป็นการยากที่จะระบุปริมาตรของเนื้อเยื่อเนื้อตายทั้งหมด ขอบของเนื้อเยื่อที่มีเนื้อร้ายแข็งตัวจะคงตัวภายในหนึ่งวันเป็นหลัก ในช่วงเวลานี้ในบริเวณแคบ ๆ ของเนื้อเยื่อที่เก็บรักษาไว้บริเวณขอบที่มีเนื้อร้ายจากความร้อนบวมและ องศาที่แตกต่างความรุนแรงของความผิดปกติของการไหลเวียนโลหิต, แสดงออกโดยภาวะเลือดคั่ง, ภาวะหยุดนิ่ง, การตกเลือดในหลอดเลือดในหลอดเลือด

จากการศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยา ได้มีการระบุโซนของการสัมผัสกับแสงเลเซอร์ดังต่อไปนี้: โซนของเนื้อร้ายแข็งตัว ซึ่งส่วนต่อพ่วงเป็นชั้นที่แคบและหลวม (“เป็นรูพรุน”) และส่วนกลางเป็นชั้นที่กว้างและกะทัดรัด และ บริเวณที่มีอาการบวมน้ำอักเสบ (รูปที่ 23)

พบความผิดปกติของจุลภาคซึ่งเด่นชัดที่สุดเมื่อสัมผัสกับรังสีจากเลเซอร์ YAG-Nd และเลเซอร์อาร์กอน (สำหรับการห้ามเลือดของแผลในกระเพาะอาหารที่มีเลือดออกเฉียบพลัน) กระบวนการผ่าเนื้อเยื่อด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์จะมาพร้อมกับการแข็งตัวของเนื้อเยื่อตามแนวเส้นตัดอย่างเคร่งครัด เพื่อป้องกันความเสียหายต่อเนื้อเยื่อโดยรอบ

ในบาดแผลด้วยเลเซอร์ ต่างจากบาดแผลจากต้นกำเนิดอื่นๆ โซนการเปลี่ยนแปลงจากเนื้อเยื่อที่แข็งตัวเป็นเนื้อเยื่อที่มีชีวิตจะแสดงออกมาได้ไม่ดีนักหรือขาดหายไปด้วยซ้ำ การฟื้นฟูในกรณีเหล่านี้ส่วนใหญ่เริ่มต้นในเซลล์ของโซนที่ไม่ได้รับความเสียหายจากรังสีเลเซอร์

เป็นที่ทราบกันดีว่าความเสียหายของเนื้อเยื่อนั้นมาพร้อมกับการปล่อยสารไกล่เกลี่ยการอักเสบ ในระยะหลังผู้ไกล่เกลี่ยพลาสมา (หมุนเวียน) มีความโดดเด่นเช่นเดียวกับผู้ไกล่เกลี่ยเซลล์ (ท้องถิ่น) ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของเซลล์จำนวนมาก - เซลล์เสา, เกล็ดเลือด, มาโครฟาจ, เซลล์เม็ดเลือดขาว, เม็ดเลือดขาวโพลีมอร์โฟนิวเคลียร์ ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาทของเม็ดเลือดขาวโพลีมอร์โฟนิวเคลียร์ ในกระบวนการของบาดแผลส่วนใหญ่จะอยู่ในการสลายตัวของเนื้อเยื่อที่ตายแล้วและการทำลายเซลล์ของจุลินทรีย์ ระดับการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ที่ลดลงจะทำให้ความรุนแรงของส่วนประกอบทั้งหมดของการอักเสบลดลง ในการตรวจสอบทางแบคทีเรียของวัสดุจากพื้นผิวของบาดแผลและเนื้อเยื่อ 1 กรัมในระหว่างการตัดออกของบาดแผลที่เป็นหนองและการตัดเนื้อร้ายโดยใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ พบว่าผู้ป่วย 62 รายจาก 100 รายเป็นหมันโดยสมบูรณ์ และในกรณีอื่น ๆ มีการลดลงของ ปริมาณจุลินทรีย์ที่ต่ำกว่าระดับวิกฤติ (10 5)

การลดระดับการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในแผลด้วยเลเซอร์ ลักษณะการแข็งตัวของเนื้อร้ายจากความร้อนและการเกิดลิ่มเลือดอุดตันในหลอดเลือดในบริเวณเนื้อตายจะช่วยลดส่วนประกอบของสารหลั่งของการอักเสบ การปรากฏตัวของปฏิกิริยาเม็ดเลือดขาวที่แสดงออกอย่างอ่อนและบางครั้งก็ไม่มีเลยที่ขอบของแผลเลเซอร์ได้รับการยืนยันจากผลงานของนักวิจัยส่วนใหญ่ เนื้อเยื่อที่แข็งตัวไม่ใช่แหล่งที่มาของผู้ไกล่เกลี่ย vasoactive โดยเฉพาะอย่างยิ่งไคนินซึ่งมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวและการพัฒนาระยะ exudative ของปฏิกิริยาการอักเสบ

ตามข้อมูลของ V.I. Eliseenko (1980-1985) บาดแผลด้วยเลเซอร์นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการแพร่กระจายขององค์ประกอบเซลล์ในระยะเริ่มต้นของซีรีย์มาโครฟาจและไฟโบรบลาสติกซึ่งกำหนดขั้นตอนของกระบวนการซ่อมแซมตามประเภทของการอักเสบที่มีประสิทธิผลปลอดเชื้อ การแพร่กระจายของมาโครฟาจและไฟโบรบลาสต์โดยเน้นไปที่การอักเสบที่มีประสิทธิผล เริ่มตั้งแต่วันแรกหลังจากได้รับรังสีเลเซอร์ ทำให้เกิดเนื้อเยื่อแกรนูเลชั่นที่กำลังก่อตัวขึ้น

อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่าการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์สามารถดำเนินการได้ตามปกติ ได้แก่ ระยะเม็ดเลือดขาวละลายของเนื้อเยื่อเนื้อตาย การรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์ ตามข้อมูลของ Yu. G. Parkhomenko (1979, 1983) ส่วนใหญ่เกิดขึ้นใต้สะเก็ดเลเซอร์ การเปลี่ยนแปลงของสะเก็ดเลเซอร์ประกอบด้วยการจัดเรียงและการสลายอย่างค่อยเป็นค่อยไป (ในอวัยวะเนื้อเยื่อ - ตับและตับอ่อน) หรือการปฏิเสธ (ในอวัยวะของระบบทางเดินอาหาร) เมื่อเนื้อเยื่อแกรนูลเติบโตเต็มที่

เซลล์ของระบบ phagocyte โมโนนิวเคลียร์ - แมคโครฟาจ - มีความสำคัญในกระบวนการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์ Macrophages ควบคุมการแยกความแตกต่างของแกรนูโลไซต์และโมโนไซต์จากสเต็มเซลล์ มีอิทธิพลต่อกิจกรรมการทำงานของ T- และ B-lymphocytes และยังมีส่วนร่วมในความร่วมมืออีกด้วย พวกมันหลั่งส่วนประกอบหกส่วนแรกออกมา ซึ่งเป็นสื่อกลางในการมีส่วนร่วมของระบบภูมิคุ้มกันในการตอบสนองต่อการอักเสบ Macrophages กระตุ้นให้เกิดบทบาทของไฟโบรบลาสต์และการสังเคราะห์คอลลาเจนเช่น เป็นตัวกระตุ้นระยะสุดท้ายของปฏิกิริยาการซ่อมแซม) ในระหว่างการอักเสบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสัมผัสของเซลล์ถูกค้นพบระหว่างแมคโครฟาจและไฟโบรบลาสต์ของเนื้อเยื่อแกรนูล

สันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยาแมคโครฟาจที่รุนแรงและยาวนานในบาดแผลด้วยเลเซอร์ซึ่งสัมพันธ์กับการเก็บรักษาเนื้อเยื่อที่แข็งตัวในระยะยาวเป็นปัจจัยที่กระตุ้นกระบวนการสร้างคอลลาเจนอย่างแข็งขัน ตามข้อมูลของ V.I. (1982, 1985) บทบาทหน้าที่ของการแพร่กระจายของมาโครฟาจคือการ "ตั้งโปรแกรม" ตลอดกระบวนการรักษาแผลผ่าตัดด้วยเลเซอร์

ปฏิกิริยาไฟโบรบลาสติกครองตำแหน่งผู้นำแห่งหนึ่งในกระบวนการสมานแผลด้วยเลเซอร์ตั้งแต่เนิ่นๆ

ในบาดแผลด้วยเลเซอร์ ในช่วงระยะเวลาของการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อที่เป็นเม็ด (วันที่ 5-10) ความหนาแน่นสูงของไฟโบรบลาสต์จะถูกรวมเข้ากับการเพิ่มขึ้นอย่างมากในกิจกรรมของ NAD (NADP) -lipoamide dehydrogenase (diaphorase เก่า) ในเซลล์เหล่านี้ ซึ่งอาจสะท้อนถึงระดับพลังงานและกระบวนการสังเคราะห์ที่เพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง ต่อมากิจกรรมของเอนไซม์ของเซลล์เหล่านี้จะค่อยๆลดลงซึ่งบ่งบอกถึงการเจริญเติบโตเต็มที่

ในรอยแผลเป็นจากเลเซอร์ที่ก่อตัวขึ้น จะเกิดการสะสมของไกลโคซามิโนไกลแคนของสารหลักอย่างรวดเร็วและกระจายตัว เนื้อเยื่อเกี่ยวพันซึ่งบ่งบอกถึงการสุกของเนื้อเยื่อแกรนูล เป็นที่ทราบกันดีว่าหลังจากที่จำนวนไฟโบรบลาสต์เพิ่มขึ้นสูงสุดและการสุกเต็มที่แล้ว การสังเคราะห์เส้นใยคอลลาเจนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ในระหว่างกระบวนการรักษาบาดแผลผ่าตัดด้วยเลเซอร์ของระบบทางเดินอาหาร มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

ดังนั้นปฏิกิริยาของแมคโครฟาจการแพร่กระจายของไฟโบรบลาสต์และคอลลาเจนเจเนซิสจึงเกิดขึ้นเร็วมากและเด่นชัดมากขึ้นการแทรกซึมของเม็ดเลือดขาวที่เด่นชัดน้อยกว่าซึ่งการขาดหายไปทำให้มั่นใจได้ว่าการรักษาบาดแผลด้วยเลเซอร์โดยความตั้งใจหลัก

7 กลไกของการกระตุ้นด้วยเลเซอร์

แยกกัน เราควรพิจารณาคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์พลังงานต่ำในบริเวณสีแดงของสเปกตรัม ซึ่งส่วนใหญ่ได้มาจากการใช้เลเซอร์ฮีเลียมนีออน ผลประโยชน์ของรังสีนี้เกิดขึ้นในการทดลองกับวัตถุทางชีววิทยาต่างๆ

ในยุค 70 มีความพยายามที่จะอธิบายปรากฏการณ์ของการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยเลเซอร์ด้วยคุณสมบัติพิเศษ ("สนามชีวภาพ", "ไบโอพลาสซึม") ซึ่งถูกกล่าวหาว่ามีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและให้ลักษณะเฉพาะของความสำคัญทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ ในปี 1979 มีการแนะนำว่าผลกระทบทางชีวภาพของการแผ่รังสีเลเซอร์พลังงานต่ำมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางธรรมชาติของการควบคุมแสงที่พบในสัตว์ พื้นฐานระดับโมเลกุลของระยะเริ่มแรกของกระบวนการดังกล่าวได้รับการศึกษาที่ดีกว่าในพืชซึ่งไม่เพียง แต่สร้างความเป็นจริงของการควบคุมแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลักษณะทางเคมีของไฟโตโครมซึ่งเป็นตัวรับแสงหลักตัวหนึ่งด้วย โครโมโปรตีนนี้มีอยู่ในสองรูปแบบ รูปแบบหนึ่งดูดซับแสงได้ประมาณ 660 นาโนเมตร และอีกรูปแบบหนึ่งดูดซับแสงได้ประมาณ 730 นาโนเมตร เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบเหล่านี้ภายใต้แสงสว่าง อัตราส่วนเชิงปริมาณของพวกมันจึงเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นในห่วงโซ่ของกระบวนการที่นำไปสู่การงอกของเมล็ด การสร้างหน่อ การออกดอกของพืช และผลกระทบเชิงโครงสร้างอื่น ๆ ในท้ายที่สุด แม้ว่าจะไม่ต้องสงสัยเลยว่าในสัตว์นั้น กระบวนการควบคุมแสงเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น วงจรของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ หรือการจำกัดปฏิกิริยาการปรับตัวหลายอย่าง (การลอกคราบและการจำศีลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การอพยพของนก) ในช่วงเวลาหนึ่งของปี กลไกระดับโมเลกุลของพวกมัน ไม่ชัดเจน

แนวคิดของการมีอยู่ของระบบควบคุมแสงในเซลล์สัตว์ซึ่งอาจชวนให้นึกถึงระบบไฟโตโครมของพืชแสดงให้เห็นว่ากิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ฮีเลียม - นีออนเป็นผลมาจากความบังเอิญง่าย ๆ ของลักษณะสเปกตรัมที่มีการดูดซับ ขอบเขตของส่วนประกอบของระบบนี้ ในกรณีนี้ คาดว่าแสงสีแดงสีเดียวจากแหล่งที่ไม่ต่อเนื่องกันจะมีประสิทธิผลทางชีวภาพเช่นกัน เพื่อทดสอบคำถามนี้และคำถามอื่นๆ เชิงทดลอง จำเป็นต้องมีการทดสอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งจะให้ผลลัพธ์เชิงปริมาณ สามารถทำซ้ำได้สูง และวัดผลได้อย่างแม่นยำ การศึกษาเกี่ยวกับเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนส่วนใหญ่ดำเนินการกับสัตว์หรือผู้ป่วยโดยตรงภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้

เมื่อเลือกระบบแบบจำลองที่เหมาะสม เราดำเนินการจากสองสถานที่: 1) เซลล์ที่พัฒนาหรืออยู่รอดในหลอดทดลองเป็นวัตถุทดสอบที่ค่อนข้างง่ายซึ่งช่วยให้สามารถบัญชีเงื่อนไขการสัมผัสและผลลัพธ์ได้อย่างแม่นยำ; 2) ปฏิกิริยาของเยื่อหุ้มเซลล์ผิวควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษซึ่งมีความไวสูงซึ่งก่อนหน้านี้ถูกสร้างขึ้นในการทดลองด้วยการแผ่รังสีสีแดงพลังงานต่ำจากเลเซอร์ทับทิม

ในการศึกษาที่ดำเนินการโดย N. F. Gamaleya และคณะ ได้ทำการศึกษาผลของการแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนบนเยื่อหุ้มผิวของเซลล์เม็ดเลือดขาวที่แยกได้จากเลือดมนุษย์ เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการประเมินความสามารถของลิมโฟไซต์ในการสร้าง E-rosette ในการโต้ตอบกับเม็ดเลือดแดงของแกะ เป็นที่ยอมรับกันว่าที่ปริมาณรังสีต่ำ (ความหนาแน่นของพลังงาน 0.1-0.5 วัตต์/ตารางเมตร การเปิดรับแสง 15 วินาที) ซึ่งมีขนาดต่ำกว่าที่ใช้ในงานทางคลินิกด้วยเลเซอร์ฮีเลียมนีออนหนึ่งถึงครึ่ง เพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญทางสถิติในความสามารถในการสร้างดอกกุหลาบ (1.2-1.4 เท่า) ในเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ได้รับรังสีเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม ควบคู่ไปกับการเปลี่ยนแปลงของไซโตเมมเบรน กิจกรรมการทำงานของลิมโฟไซต์เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการแบ่งเพิ่มขึ้น 2-6 เท่า ซึ่งถูกกำหนดในปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงการระเบิดด้วยไฟโตเฮมักกลูตินิน [Novikov D.K., Novikova V.I., 1979] ประเมินโดยการสะสม ของ 3 เอ็น-ไทมิดีน ในการทดลองกับเม็ดเลือดขาวในเลือดของมนุษย์พบว่าเมื่อสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ฮีเลียมนีออนในปริมาณที่ต่ำเท่ากัน phagocytosis โดยเซลล์จะเพิ่มขึ้น 1.5-2 เท่า โคไล(ทั้งการจับและการย่อย) การแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนยังส่งผลต่อเซลล์อื่นๆ อีกด้วย ดังนั้นในการเพาะเลี้ยงเซลล์เนื้องอกของหนู (L) ความล่าช้าในการเจริญเติบโตในวันที่ 1 หลังจากการฉายรังสีจึงถูกแทนที่ด้วยความเร่งซึ่งสังเกตได้ชัดเจนโดยเฉพาะในวันที่ 3-4 เมื่อจำนวนเซลล์ที่แบ่งเป็น 2 เท่า ยิ่งใหญ่กว่าในการควบคุม

ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีเลเซอร์ฮีเลียมนีออนที่มีความเข้มต่ำมากทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเยื่อหุ้มเซลล์ ประเภทต่างๆและการกระตุ้นกิจกรรมการทำงานของพวกเขา การเปลี่ยนแปลงของเยื่อหุ้มเซลล์ในเซลล์หนูแฮมสเตอร์จีนที่ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนก็ถูกเปิดเผยโดย A. K. Abdvakhitova และคณะ (1982) โดยใช้วิธีการตรวจวัดด้วยฟลูออเรสเซนต์ แม้ว่าปริมาณรังสีที่พวกเขาใช้จะมีขนาดสูงกว่าสองเท่าก็ตาม ใช้โดยพวกเรา

สมมติฐานที่เสนอโดยศัลยแพทย์ชาวฮังการี E. Mester ร่วมกับกลุ่มนักฟิสิกส์พยายามที่จะอธิบายกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์โดยโพลาไรเซชันเพียงอย่างเดียว: เนื่องจากโพลาไรเซชันของรังสี จึงสามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไขมันที่มีขั้วใน ไขมัน bilayer ของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเซลล์ ตามแบบจำลองที่เสนอ ผลการกระตุ้นไม่ควรขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของรังสี อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการทดลองไม่ได้ยืนยันเรื่องนี้

ความสามารถในการทำซ้ำที่เชื่อถือได้ของเอฟเฟกต์การกระตุ้นทางชีวภาพทำให้สามารถดำเนินการต่อไปได้ และพยายามค้นหาว่าผลกระทบนี้เกิดจากการแผ่รังสีเลเซอร์เท่านั้น (ต่อเนื่องกัน โพลาไรซ์) หรือไม่ และขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างไร เพื่อจุดประสงค์นี้ ประเมินผลของแสงสีแดงเอกรงค์เดียว (633 ± 5 นาโนเมตร) ที่ได้รับจากหลอดไฟซีนอนโดยใช้โมโนโครมาเตอร์แบบเลี้ยวเบนต่อลิมโฟไซต์ในเลือดของมนุษย์ได้รับการประเมินโดยใช้การทดสอบการก่อตัวของดอกกุหลาบ พบว่าด้วยปริมาณแสงสีแดงที่ไม่ต่อเนื่องกันในปริมาณที่เทียบเคียงได้ (3 J/m 3) กระบวนการสร้างดอกกุหลาบจะถูกกระตุ้นในลักษณะเดียวกับเมื่อใช้เลเซอร์ฮีเลียม-นีออน

ต่อไป เปรียบเทียบผลของแสงสีแดงกับผลของรังสีจากบริเวณสเปกตรัมแคบอื่นๆ ของบริเวณที่มองเห็นได้ ในกรณีนี้ กิจกรรมของแสงได้รับการประเมินโดยผลกระทบต่อกระบวนการสามกระบวนการ ได้แก่ การก่อตัวของ E-rosette โดยเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ การแพร่กระจายของเซลล์เพาะเลี้ยง L และการปล่อยสารที่มีการดูดซับสูงสุด 265 นาโนเมตรเข้าสู่ตัวกลาง โดยเซลล์เม็ดเลือดขาวของเมาส์ (การทดสอบครั้งสุดท้ายเป็นการพัฒนาผลลัพธ์ของการสังเกตและขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าจากเซลล์ที่ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ จะมีการปลดปล่อยปัจจัยทางเคมีบางอย่างที่มีแถบการดูดกลืนแสงในพื้นที่ 260-265 นาโนเมตรเพิ่มขึ้น) การทดลองแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นของกระบวนการทั้งสามนั้นสังเกตได้เมื่อฉายรังสีบางส่วนด้วยแสงสีเดียวและบริเวณสเปกตรัมเดียวกัน: สีแดง (633 นาโนเมตร) สีเขียว (500 และ 550 นาโนเมตร) และสีม่วง (415 นาโนเมตร)

ดังนั้น การศึกษาที่ดำเนินการทำให้สามารถระบุการมีอยู่ของความไวแสงสูงในเซลล์ของมนุษย์และสัตว์ต่างๆ ได้ ซึ่งมากกว่าที่คาดไว้อย่างมากโดยพิจารณาจาก ผลลัพธ์ทางคลินิกการบำบัดด้วยเลเซอร์ biostimulation ความไวนี้ไม่ได้เกิดจากการเชื่อมโยงกันและโพลาไรเซชันของแสง และไม่ได้จำกัดอยู่เพียงบริเวณสีแดงของสเปกตรัม นอกจากค่าสูงสุดในภูมิภาคนี้ ยังมีอีกสองชนิด - ในบริเวณสีม่วงและสีเขียวของสเปกตรัม

ด้วยการใช้แนวทางระเบียบวิธีที่แตกต่างกัน (การกำหนดความเข้มของการสังเคราะห์ DNA ในเซลล์เพาะเลี้ยง HeLa โดยการรวมไทมิดีนที่มีป้ายกำกับไว้) T. Y. Karu และคณะ (1982, 1983) ยังแสดงให้เห็นว่าผลการกระตุ้นทางชีวภาพไม่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงกันและโพลาไรซ์ของแสง . ในการทดลองด้วยการฉายรังสีเซลล์ด้วยแสงสีแดง พบว่ามีการกระตุ้นการสังเคราะห์ DNA สูงสุดที่ขนาด 100 J/m2 และผลจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางใดก็ได้ เมื่อเปรียบเทียบกัมมันตภาพรังสีในส่วนต่างๆ ของสเปกตรัม จะพบว่ามีค่าสูงสุด 3 ค่า คือ ใกล้ 400, 630 และ 760 นาโนเมตร

สู่กลไกการกระตุ้นทางชีวภาพของแสง อาจเกี่ยวข้องกับการก่อตัวในเซลล์ที่ได้รับรังสีและการปลดปล่อยปัจจัยทางเคมีที่ตรวจพบในตัวกลางโดยจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงใกล้ 265 นาโนเมตร เพื่อชี้แจงธรรมชาติของปัจจัยนี้ จึงได้ดำเนินการโครมาโตกราฟีแบบกระดาษและอะกาโรสเจลอิเล็กโตรโฟรีซิสด้วยการแสดงภาพโซนด้วยเอทิเดียมโบรไมด์ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับ DNA ที่มีเกลียวคู่ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลในวัสดุที่หลั่งออกมาจากเซลล์ได้ โครงสร้างเกลียวคู่ของ DNA ได้รับการยืนยันโดยการปรากฏตัวของเอฟเฟกต์ไฮเปอร์โครมิกเมื่อถูกความร้อน

ข้อมูลที่ให้ไว้ในวรรณกรรมเกี่ยวกับความสามารถของกรดนิวคลีอิกในการเร่งการฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่เสียหาย [Belous A. M. et al., 1974] ยืนยันความเกี่ยวข้องที่เป็นไปได้ของปัจจัย DNA ที่หลั่งออกมาจากเซลล์ในการกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ การทดลองได้ดำเนินการกับเซลล์ L line ซึ่งบางส่วนถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน และอีกส่วนหนึ่งซึ่งไม่ได้รับการฉายรังสี อย่างไรก็ตาม ถูกวางไว้ในตัวกลางที่นำมาจากเซลล์ที่ถูกฉายรังสีและ จึงมีปัจจัยดีเอ็นเอ การกำหนดอัตราการเจริญเติบโต (กิจกรรมไมโทติค) ของเซลล์แสดงให้เห็นว่าในทั้งสองกลุ่มการพัฒนาเซลล์ถูกกระตุ้นอย่างเท่าเทียมกันเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม นอกจากนี้ การทำลาย DNA ในตัวกลางที่นำมาจากเซลล์ที่ถูกฉายรังสีโดยใช้เอนไซม์ DNase ทำให้ตัวกลางของกิจกรรมการกระตุ้นทางชีวภาพลดลง . DNase เองแทบไม่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของเซลล์

ดังนั้นเราสามารถคิดได้ว่าเมื่อทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (ตัวอย่างเช่นในระหว่างการรักษาด้วยเลเซอร์ของแผลในกระเพาะอาหาร) การฉายรังสีของเซลล์ในบริเวณรอบนอกของการโฟกัสทางพยาธิวิทยาจะนำไปสู่การปลดปล่อยปัจจัย DNA ซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโต ขององค์ประกอบไฟโบรบลาสติกในเนื้อเยื่อรอบแผล จึงเร่งการสมานแผล อย่างไรก็ตาม ข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถหาได้จากการทดลองในสัตว์เท่านั้น

ดังนั้น ข้อมูลที่นำเสนอจึงแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมในการใช้เลเซอร์ (หรือแม้แต่การกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง) เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษาและระบุวิธีการต่างๆ การพัฒนาต่อไปวิธีนี้ ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญทางพฤกษศาสตร์ที่กว้างขึ้น ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่มีการสร้างความไวแสงจำเพาะของเซลล์ที่ไม่ใช่จอประสาทตา (ไม่ใช่การมองเห็น) ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งมีคุณลักษณะหลายประการที่ถูกสร้างขึ้น ความไวนี้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมและสูงมาก: ความหนาแน่นของพลังงานที่เราใช้ซึ่งเท่ากับหนึ่งในสิบของวัตต์ต่อตารางเมตร เทียบได้กับความหนาแน่นของพลังงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับระบบควบคุมแสงของพืช ตามที่กำหนดโดยใช้การทดสอบการแยกปัจจัย DNA ในมนุษย์ เซลล์มีความไวแสงดังกล่าวและสัตว์ในสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่นำมาจากเนื้อเยื่อและอวัยวะ: หนู สุนัข และเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ เซลล์ตับของหนู เซลล์จากการเพาะเลี้ยงที่ได้รับจากไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์ ไตของหนูแฮมสเตอร์ และไฟโบรบลาสต์ของหนูตัวร้าย

ข้อเท็จจริงทั้งหมดนี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีระบบการรับรู้แสงแบบพิเศษ ซึ่งอาจคล้ายกับระบบไฟโตโครมของพืช และยังทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของระบบไวแสงสมมุติของสัตว์ที่มีระบบควบคุมไฟโตโครมนั้นเห็นได้จากการเปรียบเทียบคุณสมบัติหลัก นอกจากความไวแสงสูงแล้ว ระบบไฟโตโครมยังมีลักษณะการออกฤทธิ์ขนาดต่ำ (ทริกเกอร์) ซึ่งทำให้ สิ่งหนึ่งที่จำได้และบางทีอาจอธิบายความแปรปรวนของปริมาณมาก (โดยมีความแตกต่างสองขนาดของขนาด) ซึ่งแพทย์ใช้สำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ การผันของระบบไฟโตโครม (รวมถึงผลกระทบที่เราอธิบายไว้) กับเยื่อหุ้มเซลล์ ผู้เขียนหลายคนกล่าวว่าการควบคุมระบบไฟโตโครมในการสังเคราะห์ DNA, RNA และโปรตีนซึ่งก่อตัวในเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน

หากเซลล์สัตว์มีระบบไวแสงแบบพิเศษจริง ๆ จากนั้นใช้การทดลองเพื่อกำหนดสเปกตรัมของการกระทำ (การขึ้นอยู่กับขนาดของปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อความยาวคลื่น) เราสามารถลองสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสง (และจากอัตลักษณ์ทางเคมี) ของสารประกอบที่เป็นตัวรับแสงปฐมภูมิและกระตุ้นให้เกิดกระบวนการต่อเนื่องที่นำไปสู่ผลกระทบต่อการควบคุมแสงในที่สุด อย่างไรก็ตาม ความสอดคล้องระหว่างสเปกตรัมการกระทำและสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของตัวรับแสงนั้นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขด้านระเบียบวิธีจำนวนหนึ่งเมื่อตั้งค่าการทดลอง ซึ่งในทางปฏิบัติถือเป็นงานที่ยากมาก

อย่างไรก็ตาม เราอดไม่ได้ที่จะให้ความสนใจกับความคล้ายคลึงกันของเส้นโค้งทั้งสามเส้น ซึ่งแสดงถึงลักษณะการพึ่งพาสเปกตรัมของผลกระทบทางชีวภาพต่างๆ ที่เราทดสอบ พร้อมด้วยสเปกตรัมการดูดซึมโดยทั่วไปของสารประกอบพอร์ไฟริน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าตัวรับแสงในระบบสมมุติฐานของการควบคุมแสงของเซลล์สัตว์นั้นเป็นสารประกอบบางชนิดจากกลุ่มของพอร์ไฟรินซึ่งดังที่ทราบกันดีว่าเป็นส่วนสำคัญขององค์ประกอบทางชีวเคมีที่สำคัญหลายอย่างของร่างกายสัตว์ - เฮโมโกลบิน, ไซโตโครม, ตัวเลข ของเอนไซม์ ฯลฯ S. M. Zubkova (1978) แนะนำว่าผลทางชีวภาพของรังสีเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนสัมพันธ์กับการดูดซับโดยตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่มีพอร์ไฟริน ซึ่งมีการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ ~ 628 นาโนเมตร การฉายรังสีของเซลล์บริเวณรอบนอกของการโฟกัสทางพยาธิวิทยานำไปสู่การปล่อยปัจจัย DNA ซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโตขององค์ประกอบไฟโบรบลาสติกในเนื้อเยื่อรอบ ๆ แผลซึ่งจะช่วยเร่งการรักษา อย่างไรก็ตาม ข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถหาได้จากการทดลองในสัตว์เท่านั้น

ดังนั้น ข้อมูลที่นำเสนอจึงแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้เลเซอร์ (หรือแม้แต่การกระตุ้นทางชีวภาพด้วยแสง) เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษา และระบุแนวทางในการพัฒนาวิธีนี้ต่อไป ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญทางพฤกษศาสตร์ที่กว้างขึ้น ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่มีการสร้างความไวแสงจำเพาะของเซลล์ที่ไม่ใช่จอประสาทตา (ไม่ใช่การมองเห็น) ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งมีคุณลักษณะหลายประการที่ถูกสร้างขึ้น ความไวนี้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมและสูงมาก: ความหนาแน่นของพลังงานที่ใช้ซึ่งเท่ากับหนึ่งในสิบของวัตต์ต่อตารางเมตร เทียบได้กับความหนาแน่นของพลังงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับระบบควบคุมด้วยแสงของพืช ตามที่ก่อตั้งขึ้นโดยใช้การทดสอบการแยกปัจจัย DNA เซลล์ของมนุษย์และสัตว์ในสายพันธุ์ต่างๆ ที่นำมาจากเนื้อเยื่อและอวัยวะ มีความไวแสงดังกล่าว: หนู สุนัข และเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ เซลล์ตับของหนู เซลล์จากการเพาะเลี้ยงที่ได้รับจากไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์ ไตของหนูแฮมสเตอร์ และ ไฟโบรบลาสต์ของเมาส์ที่เป็นมะเร็ง

ข้อเท็จจริงทั้งหมดนี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีระบบการรับรู้แสงแบบพิเศษ ซึ่งอาจคล้ายกับระบบไฟโตโครมของพืช และยังทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของระบบไวแสงสมมุติของสัตว์กับระบบควบคุมไฟโตโครมนั้นแสดงให้เห็นได้จากการเปรียบเทียบคุณสมบัติหลักของพวกเขา นอกเหนือจากความไวแสงสูงแล้ว ระบบไฟโตโครมยังมีลักษณะพิเศษโดยธรรมชาติของการออกฤทธิ์โดยใช้ขนาดยาต่ำ (ทริกเกอร์) ซึ่งทำให้เราจดจำและอาจอธิบายความแปรปรวนของขนาดยาได้มาก (โดยมีความแตกต่างกันของขนาด 2 เท่า) ที่แพทย์ใช้ สำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ การผันของระบบไฟโตโครม (รวมถึงผลกระทบที่เราอธิบายไว้) กับเยื่อหุ้มเซลล์ ผู้เขียนหลายคนกล่าวว่าการควบคุมระบบไฟโตโครมในการสังเคราะห์ DNA, RNA และโปรตีนซึ่งก่อตัวในเนื้อเยื่อที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน

หากเซลล์สัตว์มีระบบไวแสงแบบพิเศษจริง ๆ จากนั้นใช้การทดลองเพื่อกำหนดสเปกตรัมของการกระทำ (การขึ้นอยู่กับขนาดของปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อความยาวคลื่น) เราสามารถลองสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสง (และจากอัตลักษณ์ทางเคมี) ของสารประกอบที่เป็นตัวรับแสงปฐมภูมิและกระตุ้นให้เกิดกระบวนการต่อเนื่องที่นำไปสู่ผลกระทบต่อการควบคุมแสงในที่สุด อย่างไรก็ตาม ความสอดคล้องระหว่างสเปกตรัมการกระทำและสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของตัวรับแสงนั้นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อทำการทดลองตามเงื่อนไขหลายประการเท่านั้น ซึ่งในทางปฏิบัติถือเป็นงานที่ยากมาก

ข้อมูลอ้างอิง

1. A. N. REMIZOV “ ฟิสิกส์การแพทย์และชีววิทยา”

2. “เลเซอร์ในการผ่าตัด” เรียบเรียงโดยศาสตราจารย์ ตกลง. สโคเบลกินา

3. “เลเซอร์ในการแพทย์คลินิก” เรียบเรียงโดย S. D. PLETNEV