Применение лазера: Что такое лазер, принцип работы лазеров и их применение

Что такое лазер, принцип работы лазеров и их применение

Лазер — полезнейшее изобретение, нашедшее применение во многих сферах жизни. Чтобы понять, как оно покорило мир, проследим историю появления лазеров, рассмотрим их виды, а также попытаемся спрогнозировать, по какому из направлений эта технология будет развиваться в дальнейшем.

Лазеры вызывают восторг и неизменно ассоциируются с фантастическими фильмами и наукой будущего. Эти устройства кажутся сверхъестественными, что умело использовали создатели таких популярных блокбастеров, как «Люди X» или «Звездные войны», где джедаи эффектно сражаются на лазерных мечах.

Тем не менее лазеры — это уже давно не фантастика, а рабочий инструмент во многих областях современной науки. Эти устройства, будучи очень функциональными, окружают современного человека в повседневной жизни.

Как расшифровывается?

Английское выражение Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation переводится как «Усиление света посредством вынужденного излучения». По первым буквам этого выражения образована аббревиатура LASER.

Попросту говоря, лазер производит поток света, обладающий чрезвычайной концентрацией.

Кто изобрел лазер?

Первые открытия, подарившие человечеству лазер, были сделаны еще на заре XX века.

Эйнштейн

Еще в 1917 году Альберт Эйнштейн написал революционную работу, в которой заложил основы квантово-механического принципа действия лазера. Революционность заключалась в том, что автор предсказал абсолютно новое явление в физике — вынужденное излучение. Из теории Эйнштейна следует, что свет может излучаться и поглощаться не только спонтанно. Существует также возможность вынужденного (или стимулированного) излучения. Это значит, что возможно «принудить» электроны излучать свет необходимой длины волны в одно и то же время.

Майман

Реализовать эту идею на практике удалось только в 60-е годы двадцатого века. Самый первый лазер создал калифорнийский физик Теодор Майман 16 мая 1960 года. В работе этого лазера использовались кристалл рубина и резонатор Фабри — Перо. Лампа-вспышка являлась источником накачки. Работа лазера была импульсной, волна имела длину 694,3 нм.

Басов, Прохоров и Таунс

В 1952 году академики из СССР Николай Басов и Александр Прохоров рассказали всему миру, что возможно создание микроволнового лазера, работающего на аммиаке. Эта же идея параллельно и независимо развивалась физиком из Америки Чарлзом Таунсом. Он создал и показал, как работает такой лазер, в 1954 году. Спустя десятилетие, в 1964 году, все трое удостоились за эти достижения Нобелевской премии по физике.

Наши дни

Сегодня мы можем наблюдать очень интенсивное развитие лазеров. Практически ежегодно изобретаются новые их виды — химические, эксимерные, полупроводниковые, лазеры на свободных электронах.

ПРинцип работы лазера

Чтобы понять, как работает лазер, посмотрим на его структуру. Типичный лазер выглядит так: трубка, внутри которой размещен твердый кристалл, чаще всего рубин. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Эти волны перемещаются от одного зеркала к другому до того момента, пока не наберут интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало.

Как создается лазерный луч?

• 1-я стадия — выключенный лазер.

Электроны всех атомов (на картинке — черные точки на внутренних окружностях) занимают основной энергетический уровень.

• 2-я стадия — момент после включения.

Под действием энергии из разрядной трубки электроны перемещаются на более высокие энергетические орбиты (на картинке — внешние окружности).

• 3-я стадия — возникновение луча.

Электроны начинают покидать высокие энергетические орбиты и спускаться к основному уровню. При этом они начинают испускать свет и побуждают к этому остальные электроны. Образуется общий результирующий пучок света с одинаковой длиной волны у каждого источника. Чем больше новых электронов вернется к низким орбитам, тем мощнее свет лазера.

Резкость фокусировки

Длина световой волны в лазерном пучке только одна, следовательно, и цвет также один. Этот свет четко фокусируется линзой почти что полностью в одной точке.

(См. рисунок: слева — свет лазера, справа — естественный свет). Если сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. Благодаря концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеяния и ослабления, присущих многоцветному свету — естественному. Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека.

Физическое обоснование

Разберем вышеописанный механизм работы лазера подробнее. Выясним, какие именно физические законы делают возможным его функционирование.

Активная среда

Для лазерного излучения необходима так называемая «активная среда». Только в ней оно может происходить. Как же создается активная среда? Прежде всего, нужно специальное вещество, которое обычно состоит из кристаллов рубина или алюмоиттриевого граната. Собственно, это вещество и есть активная среда. Сформированный из него цилиндр или стержень вставляют в резонатор. Резонатор состоит из двух параллельных друг другу зеркал. Переднее зеркало наполовину прозрачно, а заднее не пропускает свет. Рядом с со стержнем (цилиндром) монтируется импульсная лампа. Цилиндр и импульсная лампа окружены зеркалом. Оно чаще всего изготовлено из кварца, на который нанесен слой металла. При помощи зеркала свет собирается на цилиндре.

Энергетические уровни атомов

Важный момент: состав активной среды таков, что у каждого ее атома есть как минимум три энергетических уровня. В спокойном состоянии атомы активной среды располагаются на низшем энергетическом уровне Е0. Как только включается лампа, атомы поглощают энергию ее света, поднимаются на уровень Е1 и довольно долго пребывают в таким возбужденном состоянии. Именно это и обеспечивает лазерный импульс.

Инверсная заселенность

Инверсная заселенность — фундаментальное физическое понятие. Это такое состояние среды, когда число частиц на каком-то верхнем энергетическом уровне атома (любом из существующих) больше, чем на нижнем. Собственно, активной и называется та среда, в которой уровни являются инверсно заселенными.

Фотоны и световой пучок

Электроны атома не располагаются хаотично. Они занимают определенные орбиты, окружающие ядро. Атом, получающий квант энергии, с огромной вероятностью переходит в состояние возбуждения, характеризующееся сменой орбиты электронами — с самой низкой (метастабильной или основной) на обладающую более высоким уровнем энергии. На такой орбите длительное нахождение электронов невозможно, поэтому происходит их самопроизвольное возвращение к основному уровню. В момент возвращения каждый электрон испускает волну света, называемую фотоном. Одним атомом запускается цепная реакция, и электроны многих других атомов также перемещаются на орбиты с более низкой энергией. Одинаковые световые волны движутся огромным потоком. Изменения этих волн согласованы во времени и в результате формируют общий мощный световой пучок. Этот пучок света и зовется лазерным лучом. Мощность луча у каких-то лазеров настолько огромна, что им можно разрезать камень или металл.

Классификация лазеров

Существует несколько видов лазера, отличающихся друг от друга по принципу агрегатного состояния активной среды и по способу ее возбуждения. Перечислим основные.

Твердотельные лазеры

С этих лазеров все начиналось. Активная среда в них была твердой и состояла из кристаллов рубина и небольшого количества ионов хрома. Накачка осуществлялась при помощи импульсной лампы. Самый первый рубиновый лазер собрал американец Т. Майман в 1960 году. Твердотельные лазеры также изготавливают из стекла с примесью неодима Nd, алюмоиттриевого граната Y2Al5O12 с примесью хрома и неодима — все это также вещества для активной среды твердотельного лазера.

Газовые лазеры

В газовых лазерах активная среда формируется из газов с очень низким давлением или из их смесей. Газы заполняют стеклянную трубку, в которую впаяны электроды. Американцы А. Джаван, У. Беннетт и Д. Эрриот стали первыми создателями газового лазера в 1960 году. В качестве накачки такого лазера обычно применяют разряд электричества, производимый генератором высоких частот. Излучение газового лазера отличается своей непрерывностью. Плотность газов невысока, так что требуется довольно длинный стержень активной среды. Интенсивность излучения обеспечивается в этом случае за счет массы активного вещества.

Газодинамические, химические и эксимерные лазеры

По большому счету эти три вида можно классифицировать как газовые лазеры.

• Газодинамический лазер по принципу работы схож с реактивным двигателем. В нем по сути происходит сгорание топлива, в которое добавлены частицы газов активной среды. В процессе сгорания молекулы газов приходят в возбуждение, а потом, будучи охлажденными сверхзвуковым течением, испускают мощнейшее когерентное излучение, тем самым отдавая энергию.
• В химическом лазере импульс излучения появляется в результате химической реакции. В самом мощном лазере этого типа работает атомарный фтор в реакции с водородом.
• Работу эксимерных лазеров обеспечивают особые молекулы, которые всегда находятся в возбужденном состоянии.

Жидкостные лазеры

Первые жидкостные лазеры появились почти тогда же, когда и твердотельные — в 60-х годах XX века. Для создания активной среды в них используются разнообразные растворы органических соединений. Плотность такого вещества выше, чем у газа, хотя и ниже, чем у твердых тел. Поэтому такие лазеры способны генерировать достаточно сильное излучение (до 20 Вт), при том что объем их активного вещества сравнительно невелик. Работать они могут и в импульсном, и в непрерывном режимах. В качестве накачки используются импульсные лампы и другие лазеры.

Полупроводниковые лазеры

В 1962 году появились и первые полупроводниковые лазеры — в результате параллельной работы нескольких ученых из США: Р. Холла, М.И. Нейтена, Т. Квиста и их групп. Теоретически работа этого лазера была обоснована ранее, в 1958 году, русским физиком Н.Г. Басовым.

В полупроводниковом лазере в качестве активной среды используется кристалл-полупроводник, например арсенид галлия GaAs. Поэтому на первый взгляд его можно было бы отнести к твердотельным лазерам. Однако он принципиально отличается тем, что излучательные переходы в нем происходят не между энергетическими уровнями атомов, а между энергетическими зонами или подзонами кристалла.

Накачка такого лазера производится постоянным электрическим током. Грани кристалла-полупроводника тщательно полируются, и из них получается отличный резонатор.

Лазеры в природе

В нашей Вселенной учеными были найдены лазеры с естественным происхождением. Существуют гигантские межзвездные облака, созданные конденсированными газами. В них инверсная заселенность образуется естественным образом. Свет ближних звезд или другие излучения в космосе выполняют роль накачки, а газовые облака сами по себе являются превосходной активной средой протяженностью в несколько сотен миллионов километров. Возникает естественный астрофизический лазер, который не нуждается в резонаторе, — вынужденное электромагнитное излучение образуется в них самопроизвольно, как только проходит волна света.

Свойства лазерного излучения

Свет от лазера имеет особенные и очень ценные свойства, выгодно отличающие его от света обычных, тепловых источников.

• Излучение лазера когерентно и практически полностью монохроматично. Ранее подобные свойства были лишь у радиоволн от хорошо стабилизированных передатчиков.
• Распространение вынужденного излучения происходит только вдоль оси резонатора. В связи с этим расширение лазерного луча очень слабое, имеет почти незаметную расходимость (несколько угловых секунд).
• Благодаря вышеназванным свойствам лазерный луч способен фокусироваться в точку невероятно маленького размера. Энергия в точке его фокуса имеет огромную плотность.
• По причине монохроматичности излучения и чрезвычайной плотности энергии, лазерное излучение может достигать очень высоких температур. К примеру, температура излучения импульсного лазера мощностью порядка петаватта (1015 Вт) составляет более 100 миллионов градусов.

Применение лазеров

Свойства лазерного излучения уникальны. Это превратило лазеры в незаменимый для самых различных областей науки и техники инструмент. Кроме этого, лазеры широко используются в медицине, в быту, в индустрии развлечений, в сфере транспорта.

Технологические лазеры

• Благодаря огромной мощности лазеры непрерывного действия активно используются для того, чтобы разрезать, сваривать или спаивать детали, изготовленные из самых различных материалов. При высокой температуре лазерного излучения становится возможным сваривать даже те материалы, которые нельзя соединить между собой другими методами. Например, сваривание металла и керамики для получения нового материала — металлокерамики, обладающего уникальными свойствами.
• Для того чтобы изготовить микросхемы, используется лазерный луч, который способен сфокусироваться в одну мизерную точку, имеющую диаметр порядка микрона.
• Еще одно замечательное свойство лазерного луча — его идеальная прямота. Это позволяет использовать его как самую точную «линейку» в строительстве. Также в строительстве и геодезии при помощи импульсных лазеров производят измерения огромных расстояний на местности, засекая время, за которое световой импульс продвигается от одной точки до другой.

Лазерная связь

Появившиеся лазеры вывели на принципиально новый уровень технику связи и записи информации.

Радиосвязь, развиваясь, постепенно переходила на все более короткие длины волн, поскольку было доказано, что высокие частоты (с наименьшей длиной волны) предоставляют каналу связи наибольшую пропускную способность. Настоящим прорывом стало понимание того, что свет — это такая же электромагнитная волна, просто короче во множество десятков тысяч раз. Следовательно, через лазерный луч возможно передавать объем информации, в десятки тысяч раз превосходящий объем, передаваемый высокочастотными радиоканалами. В результате этого были усовершенствованы различные виды связи по всему миру.

Также при помощи луча лазера записываются и воспроизводятся компакт-диски со звуками — музыкой, и изображениями — фото и фильмами. Индустрия звукозаписи, получив такой инструмент, сделала гигантский шаг вперед.

Применение лазеров в медицине

Лазерные технологии широко применяются как в хирургии, так и в терапевтических целях.

• Например, благодаря его уникальным возможностям, луч лазера возможно легко ввести сквозь глазной зрачок и «приварить» отслоившуюся сетчатку, исправить в труднодоступной области глазного дна существующие дефекты.
• В современной хирургии при сложных операциях используется лазерный скальпель, который минимизирует повреждение живых тканей.
• Лазерное излучение небольшой мощности ускоряет регенерацию поврежденных тканей. Оно также оказывает воздействие, по свойствам похожее на иглоукалывание, практикуемое восточной медициной, — лазерная акупунктура.
• В косметологии активно используются диодные и пикосекундные лазеры.

Современные научные исследования

• Поскольку энергия лазера имеет высокую плотность, а излучение — огромную температуру, становятся возможными исследования веществ в таком экстремальном состоянии, в каком они существуют в раскаленных звездных глубинах.
• Современные ученые ставят перед собой цель создать термоядерную реакцию. Для этого лазерными лучами необходимо сжимать ампулу со смесью дейтерия с тритием (так называемый термоядерный синтез).
• Лазер незаменим в генной инженерии и нанотехнологиях (которые работают с объектами размером порядка миллионной доли миллиметра — 10–9 м). При помощи лучей лазера преодолеваются масштабные ограничения — разрезаются, передвигаются и соединяются между собой невидимые для глаза составляющие части генов, биологических молекул и нанотехнологические детали.
• Лазерные локаторы — лидары, используются для исследований свойств атмосферы.

Военные лазеры

В военных целях спектр применения лазеров очень велик. Например, их используют в разведке — для поиска целей и связи. Но все же в первую очередь при помощи лазеров изобретают и изготавливают новейшие виды оружия. Лучи химических или эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования обладают колоссальной мощностью. Они способны без особых усилий уничтожать или выводить из строя вражеские боевые спутники и самолеты во время военных действий. Уже сегодня ведутся разработки и существуют примеры лазерных пистолетов, которыми планируется вооружать экипажи военных орбитальных станций. И это не сюжет фантастического фильма, а новейшие научные разработки!

Лазеры в индустрии развлечений

Лазеры нашли широкое применение в индустрии развлечений. Многие знакомы с лазерным шоу: такие представления часто сопровождают фестивали, концерты, праздничные мероприятия. Лазерное шоу может быть создано как внутри помещения, так и на свежем воздухе. Организатор способен выбрать оборудование под свои задачи и проецировать изображение любой сложности в любом цветовом диапазоне.

Так, одним из самых ярких и масштабных событий, которое сопровождалось лазерным шоу, стал концерт знаменитого музыканта Jean-Michel Jarre на Воробьевых горах в 1995 году. Он был приглашен Юрием Лужковым по случаю празднования 850-летия Москвы.

Музыкант выступал перед зданием МГУ, во время мероприятия на фасад университета проецировались фрагменты истории города.

Но в наше время лазерным шоу никого не удивишь. В Нью-Йорке в ноябре 2012-го появилась кратковременная лазерная установка с названием Global Rainbows — 35-километровым лазерным лучом в небо. Установка представляла собой

пучок из семи мощных лазерных лучей всех цветов радуги, которые могли быть направлены как в одну сторону, так и в разные. Конструкция была установлена после того, как на город обрушился ураган «Сэнди» в октябре 2012 года. Гигантская радуга показывала: город пережил катастрофу, и его жизнь продолжается.

Еще одним интересным примером применения лазера в индустрии развлечений стал лазерный костюм для вечеринок, разработанный тайваньским дизайнером по имени Wei-Chieh Shih. Одежда представляет собой лазерную установку и способна освещать все вокруг красным светом, генерируя лучи, направленные в разные стороны.

Лазеры в сфере транспорта

Лазеры могут быть полезны и в сфере транспорта. Так, например, в Нидерландах планируют внедрить установку лазерных излучателей на локомотивах поездов: это позволит убирать мусор и опавшие листья с путей прямо во время движения. Ведь все посторонние предметы, прилипшие к колесам, увеличивают тормозной путь и повышают риск катастрофы.

Лазер может быть использован и при езде на велосипеде. Велосипедными дорожками оснащены далеко не все улицы. А в темное время суток автомобилисты могут не увидеть разметку. В «умных» байках появилась необычная функция: они могут проецировать велосипедную дорожку при помощи лазерной установки. Такой подход повышает безопасность: велосипедист становится видимым и для других участников дорожного движения в темное время суток.

Еще один схожий способ применения лазера предложили создатели инновационной системы уличной безопасности Guardian. Смысл разработки — в установке специальных излучателей на столбах возле светофоров. Когда горит красный свет для пешеходов, проход закрыт лазерным лучом. Как только загорается зеленый, красный свет закрывает путь автомобилистам. Система направлена на повышение безопасности на дорогах: она работает как сдерживающий психологический фактор.

Лазерные гаджеты

Лазер встроен в некоторые современные гаджеты. Так, например, устройство Magic Cube способно проецировать виртуальную клавиатуру на рабочий стол или другую поверхность. Гаджет ориентирован на пользователей планшетов и смартфонов.

Применение лазеров в спорте

Интересное применение лазера придумала компания Nike. Разработка представляет собой мобильную установку, которая может проецировать поля для игры в футбол при помощи лазерных лучей. Площадку можно создать на любой ровной поверхности — как в городе, так и за его пределами.

Выводы

Мы нисколько не преувеличиваем, когда говорим, что, появившись в середине XX века, лазеры сыграли в нашей жизни такую же значимую роль, как электричество и радио. Лазер проник практически во все области деятельности человека, и если вдруг изъять его, то мир перестанет быть таким привычным и комфортным. Даже текст этой статьи, читаемый вами сегодня с компьютера или смартфона, доступен благодаря полупроводниковым лазерам, активно используемым в новейших оптических средствах связи. Без лазеров невозможно представить компьютеры, а значит, и огромный пласт современной жизни человека. Будучи очень интересно устроенным, лазер открывает перед современной наукой новые перспективы развития. Свойства его невероятно многогранны, и можно смело сказать, что лазерный луч «высвечивает» себе путь абсолютно во всех сферах человеческой жизни, делая ее качественнее и счастливее!

Эффективность применения лазерных технологий в хирургической стоматологии и парадонтологии

Михайлова А.Б.

Термин «лазер» является аббревиатурой, составленной из начальных букв английских слов: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что переводится как «усиление света вынужденным излучением», так как действующим фактором лазера является направленный световой поток. Усиление и генерация электромагнитных колебаний в лазерах осуществляется за счет вынужденного излучения квантовых систем, которые преобразуют проводимую извне энергию (энергию накачки) в энергию излучения (света). Лазеры подразделяются на непрерывные и импульсные. Возможна комбинация непрерывного и импульсного режимов.

К основным свойствам лазерного излучения относят интенсивность, на-равленность, монохроматичность, когерентность и поляризация. Именно эти свойства являются необходимыми, чтобы лазерное излучение оказывало избирательное воздействие на биологическую ткань и дозировало бы степень этого воздействия от коагуляции до испарения и разреза.

В основе использования хирургических лазеров лежат два основных принципа: альтернативное применение высокоинтенсивного лазерного излучения в качестве скальпеля, как многопрофильного хирургического инструмента, и физического фактора, обладающего широким спектром биологического действия. Лазерная хирургия основана на деструктивном воздействии на биоткани: тепловой, гидродинамический, фотохимический эффекты от лазерного излучения вызывают деструкцию ткани. В качестве деструктивного фактора чаще всего используют энергию тепла. Лазерный свет поглощается определенным структурным элементом, входящим в состав биоткани. Поглощающее вещество носит название «хромофор». Эффективность лазерной хирургии определяется эффективностью преобразования энергии лазерного пучка света в тепло на поверхности или в объеме биоткани. «Поглотителями» света в мягких биотканях являются природные эндохромофоры, а «рассеятелями» — клетки биоткани и морфологические особенности их структуры. Природным эндохромофорами являются вода, гемоглобин, меланин, редко протеин. Каждый из этих хромофоров имеет свою спектральную зависимость. Тот из хромофоров, который для данной длины волны поглощает лазерный луч сильнее, называется «доминирующим хромофором». Именно они определяют глубину проникновения света в биоткань. Например, такой хромофор как вода, имеет коэффициент поглощения, соответствующий длинам волн от 200 до 20000 нм. Это основной диапазон длин волн хирургических лазеров. Глубина проникновения лазерного света СО2 – лазера и Er:YSGG лазера составляет 0,05 мм; Er:YAG лазера – 0,005 мм; Nd:YAG лазера — 11,5 мм. Учитывая то, что морфофункциональные характеристики сказываются на эффекте лазерного воздействия, необходимо учитывать все возможные реакции локального и общего свойства [3, 4, 5].

Лазеры оказывают различные воздействия на биоткани в зависимости от параметров их воздействия, что требует особого внимания к выбору длины волны, дозировании лазерного излучения, выходной мощности лазера. Недооценка этих параметров может привести к серьезным осложнениям и врачебным ошибкам. Особое внимание должно уделяться охлаждающим системам на лазерах.

Для применения в хирургической стоматологии наиболее перспективными признаются установки с длинами волн лазерного излучения, которые обеспечивают оптимальное поглощение лучевой энергии жидкостью, влажными тканями и кровью. Процесс резки (абляции) биоткани лазерным лучом сопровождается термическими эффектами и механизмами деструкции биотканей. Следствием является взрывное испарение тканей воды и выброс из зоны нагрева водяных паров вместе с фрагментами клеточных и тканевых структур с образованием зон повреждения биоткани в области взаимодействия лазерного пучка и биоткани. С физической точки зрения следует говорить о двух характерных для лазерного воздействия зонах: зоне испарения (абляции) ткани с формированием абляционного кратера и зоне термонекроза. Лазерные раны характеризуются активной ранней пролиферацией клеточных элементов макрофагального и фибропластического ряда на границе тканей, подвергшихся лазерному воздействию и интактных тканей. В процессе заживления лазерных ран не отмечаются формирования демаркационной нейтрофильной инфильтрации на границе поврежденных и неизмененных тканей, столь характерной для хирургических «скальпельных ран».

Применение лазеров в хирургической практике имеет ряд преимуществ, обусловленными уникальными свойствами и спецификой воздействия лазерного излучения на биологические ткани. Отсутствие прямого контакта инструмента с биотканью при проведении хирургического вмешательства с помощью луча лазера резко снижает опасность инфицирования оперируемых органов. Излучение лазера убивает патологическую микрофлору в операционной зоне, чем уменьшается вероятность послеоперационных осложнений.

Привлекательность лазерных технологий объясняется рядом их преимуществ перед альтернативными методами. Прежде всего, рассекая ткани, лазерный луч одновременно коагулирует сосуды на стенках разреза [2]. Минимальным оказывается и послеоперационный отек. Уменьшаются операционные и послеоперационные боли, снижается психологическая травма, особенно у детей.

Важным качеством хирургического лазера является то, что обработка им тканей стимулирует процессы регенерации. Усиление репаративных процессов в области раневого дефекта происходит вследствии активации метаболических процессов и клеточных элементов системы мононуклеарных фагоцитов (макрофагов) и улучшении микроциркуляции. Излучение обладает широким спектром лечебного действия: вызывает выраженный противовоспалительный эффект, нормализует циркуляцию, понижает проницаемость сосудистых стенок, обладает фибрино-тромболитическим свойством, стимулирует обмен веществ, регенерацию тканей и повышает содержание в них кислорода, ускоряет заживление ран, предотвращает образование грубых послеоперационных рубцов и др.

Таким образом, луч лазера — это высокоточный бесконтактный, бескровный, стерильный и бактерицидный инструмент, позволяющий значительно сократить процесс послеоперационного заживления.

CО2–лазер нашел свое применение для диссекции тканей, фотокоагуляции, обеспечении надежного гемостаза.

В литературе указано на достаточно широкое применение лазера в имплантологии. Разрез для поднятия лоскута, вапоризация грануляционной ткани, наметка будущего местоположения имплантата (вместо пилотного сверла) и угол, под которым он будет установлен, раскрытие имплантата. Эрбиевый лазер способен удалять бляшки с поверхности имплантатов без каких-либо морфологических изменений их поверхности. Отмечено также бактерицидное действие лазера на поверхность имплантата даже при низкой мощности [3, 4, 5].

Хирургические методы лечения заболеваний пародонта имеют большое распространение во многих странах [1, 2, 4]. Наиболее эффективной по сравнению с кюретажем является лоскутная операция, при которой ликвидируются пародонтальные карманы. Один из этапов этой операции, определяющий ее исход — деэпителизация внутренней поверхности пародонтального кармана. Обычно это делают с помощью ножниц, кюрет и других механических способов. Такие манипуляции травмируют лоскут, и после его укладки нередко наблюдается его склерозирование, рубцевание, что приводит к значительной ретракции десны с обнажением зубов порой ниже первоначального уровня. При использовании лазерного способа абляции результаты намного лучше. Деэпителизацию внутренней поверхности пародонтального кармана проводят слегка расфокусированным лазерным лучом. При этом происходит полное послойное испарение остатков зубных отложений, микробных колоний, грануляций и эпителия [1, 5].

Одним из лазеров последнего поколения, перспективных в стоматологии и представленный в нашей поликлинике, является лазер «Opus Duo». Эта лазерная система разработана для обработки мягких и твердых тканей, сочетает в себе углекислотный и эрбиевый лазеры. Лазер на основе кристалла Er, Cr:YSGG (эрбий, хром, иттрий, скандий, галлий и гранат) на длине волны 2789 нм. Прибор также способен резать и коагулировать мягкие ткани. Поскольку энергия лазера интенсивно поглощается водой, которая составляет большую часть объема мягких тканей, резка получается эффективной и атравматичной. Выявлены существенные отличия, которые выражаются в том, что процесс заживления после применения лазера происходит под тканевым комплексом, состоящем из фибрина, тканевого детрита и нейтрофильных лейкоцитов. Этот комплекс защищает раневой дефект от бактериальной инфекции и препятствует врастанию эпителия в рану. Отсутствует нагрев и вибрация во время вмешательства и пациент практически не испытывает неприятных ощущений. Появляются огромные возможности в хирургии костной и мягкой тканей, лечение слизистых оболочек, удаление мягкотканых образований. Также использование лазера открывает обширные возможности: с помощью лазера можно изменить форму десны для создания красивой улыбки. Быстро, без кровотечения и наложения швов, можно уменьшить глубину зубодесневых карманов, провести френулопластику, пластику уздечки языка, вестибулопластику, удалить новообразования небольших размеров без наложения швов, проводит биопсию в стерильных условиях, осуществлять лечение заболеваний слизистой оболочки. Это только малый перечень процедур, проводимых с использованием этого типа лазера. Эффективность доказана клинически – с его помощью произведено множество вмешательств на костных тканях челюстно — лицевой области, включая синус – лифтинг. Подавляющее большинство врачей отмечают повышение комфортности пациентов во время лечебных процедур, отсутствие страха при повторном лазерном лечении.

Благодаря современной лазерной системе «Opus Duo» в нашем отделении проведено хирургическое лечение 135 пациентов с различной патологией и локализацией в челюстно-лицевой области в период с января 2010 года по март 2012 года. Возраст пациентов от 18 до 75 лет. Среди вмешательств наиболее часто проводилась френулопластика в области верхней и нижней губ, вестибулопластика, удаление доброкачественных новообразований как слизистой полости рта, так и образований, расположенных на коже лица, границе красной каймы губ. Результатом является практически полное отсутствие коллатерального отека, не наблюдается болевой синдром, ранние сроки эпителизации раны, формирование мягкого эластичного рубца на слизистой полости рта. Операция с использованием СО-2 лазера проходит с минимальным кровотечением, которое полностью прекращается после лазерной коагуляции.

Неоднократно проведены основные оперативные методы лечения воспалительных (радикулярных) кист челюстей — цистотомия и цистэктомия – с помощью эрбиевого лазера «Opus Duo». Что касается результатов, то выраженный послеоперационный болевой синдром, требующий приема обезболивающих препаратов, по сравнению с «традиционной» и «лазерной» цистэктомией больше определялся у пациентов без применения лазера. Причем боли регистрировали более длительное время после операции – до 4-5 дней, в то время как при использовании лазерных технологий отмечались менее интенсивные боли, не требующие приема обезболивающих препаратов, в течение 1-1,5 дней. Это может быть связано с тем, что при воздействии лазера не происходит стрессорного воздействия на нервные клетки, так как лазерная энергия поглощается клеточной жидкостью, а не нервными окончаниями. При использовании традиционного метода цистэктомии коллатеральный отек мягких тканей наблюдали от 3 до 7 дней. При использовании Er:YAG лазера коллатеральный отек был не выраженным и определялся в течение 2-3 дней. Этому может способствовать отсутствие давления, трения и вибрации тканей во время операции, что приводит к минимальной травме окружающих тканей. Процесс заживления лазерной раны сопровождается отсутствием нейтрофильной инфильтрацией тканей, столь характерной для «скальпельных ран» при традиционном методе. Эпителизацию при традиционном методе цистэктомии наблюдали на 7-8 сутки, в то время как при использовании хирургических лазеров эпителизация наступала на 5-6 сутки, что позволило снимать швы в более ранние сроки.

Таким образом, можно отметить как клинически, так и со слов пациентов, что применение Еr:YAG и СО-2 лазера в современной лазерной системе «Opus Duo» способствует снижению болевой реакции, уменьшению послеоперационного отека, сокращению сроков эпителизации послеоперационных ран. Учитывая физические свойства лазеров, во время манипуляций происходит стерилизация операционной области от микрофлоры, меньшая травматизация тканей во время операции, снижение риска возникновения инфицирования окружающих тканей. Одним из основных результатов, учитывая выше перечисленные данные, является сокращение сроков лечения пациентов.

Список литературы:

1. Иванов А.С. Руководство по лазеротерапии стоматологических заболеваний. СПб.: 2000 – 69 с.
2. Масычев В.И., Рисованный С.И., Рисованная О.Н. Лазеры и особенности их использования в стоматологии. Внедрение в лазерную стоматологию. – Краснодар, 2005. – с. 7-24.
3. С.В. Тарасенко, А.В. Толстых, В.Н. Царев и др. Применение хирургических лазерных технологий для лечения одонтогенных кист челюстей. / Кафедра. 2008. — т.7, No3, с. 38-41.
4. Тарасенко С.В., Тарасенко И.В., Лазарихина Н.М. Лазерная пародонтальная хирургия //Учебное пособие. – М.: ООО «Принт маркет». – 2009, 58 с. 5. Тарасенко С.В., Пахомова А.В., Царев В.Н. и др. Радикулярные кисты челюстей //Учебное пособие. – М.: ООО «Принт маркет». – 2011, 64 с.

23 реинкарнации лазера, которые нас окружают в повседневной жизни

Под катом — научно-популярная лекция о современном применении лазеров и принципах работы лазерных устройств, тех самых, которые помогают победить рак и идентифицировать коронавирус, определять строение тканей, передавать данные и строить города, сводить татуировки и делать мышей счастливыми.

Ну и, надеюсь, вы уже видели самую большую в мире лазерную установку длиной 130 метров, установленную в Сарове в ВНИИЭФ. Она предназначена в том числе для изучения термоядерного(!) синтеза.

Эта статья — расшифровка лекции Дмитрия Артемьева, старшего преподавателя кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета и м. н.с. научно-исследовательской лаборатории «Фотоника». Дмитрий прочитал эту лекцию в нашей самарской Точке кипения прямо перед введением режима всеобщей самоизоляции.

Что такое свет

Для полноты картины начнем с азов. Из курса физики известно, что свет — это электромагнитная волна или поток фотонов. Поскольку одна из характеристик электромагнитных волн — длина волны, под светом (излучением) мы будем подразумевать электромагнитную волну длиной от 1 нанометра до нескольких сантиметров. Таким образом, наше определение покрывает диапазон от рентгеновского до инфракрасного излучения.

Видимый для нашего глаза диапазон занимает очень маленький интервал, порядка 300 нанометров.

Если говорить про диковинные диапазоны, такие, как рентгеновские, то, например, в прошлом году создание лазера на свободных электронах, который работает в рентгеновском диапазоне, стало одной из главных тем и было номинировано на Нобелевскую премию по физике. Интересно, что победитель в этой номинации тоже был связан с лазерной техникой: премию присудили за создание сверхкоротких и сверхмощных импульсов. Кстати, часть исследований проводили в России, в Нижегородском институте общей физики.

Чем лазер отличается от обычной лампочки

На картинке — сравнение основных характеристик. Особо отметим, что максимальная мощность лазера многократно выше мощности источников, которые применяются в лампах. Но не каждому лазеру это нужно: часто для применения достаточно долей ватта, милливатта или микроватта, чтобы получить просто какое-то определенное излучение.

Вспомним, что ширина видимого диапазона излучения — порядка 400 нанометров. Примерно такой же по ширине спектр имеет лампа накаливания, поэтому при перемешивании цветов мы видим белый свет. В свою очередь, ширина диапазона лазера может составлять 0,1 нанометра. Это уникальное свойство лазера используется при проведении некоторых спектральных исследований и точных прецизионных измерений.

Если посветить лазерной указкой из одной стороны комнаты в другую, мы увидим на противоположной стене лишь небольшое пятно, демонстрирующее узкую направленность излучения и малую расходимость пучка лазера. А у лампы дневного света или накаливания излучение практически изотропно, т.е. направлено во все стороны.

У естественного света отсутствует определенная направленность вектора электрического поля, это означает, что свет не поляризован. То есть у света обычной лампочки вектор E (напряженность) направлен в различные стороны. В случае лазерного излучения вектор E имеет определенное направление, колебания происходят в одной плоскости. Такая поляризация тоже делает лазерное излучение в какой-то степени уникальным.

Физика процесса

Лазер изобрели в конце 50-х прошлого столетия. В 1964 году за открытие лазерного излучения американец Чарльз Таунс и советские ученые Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадьевич Басов получили Нобелевскую премию. Причем Прохоров и Басов открыли не лазер, не усиление света, а усиление излучения микроволнового диапазона, так называемый мазер.

Лазер — аббревиатура из пяти латинских букв: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation. В переводе с английского это означает «усиление света под действием вынужденного излучения». Ниже представлены три диаграммы. Сначала, чтобы произошло излучение, необходимо, чтобы электрон или частица перешли в возбужденное состояние. Для этого частица должна получить энергию. После этого она перейдет на более высокий энергетический уровень.

Дальше возможны два сценария. Если частица случайным образом перейдет на более низкие энергетические уровни, то мы получим спонтанное излучение. Однако если на частицу, находящуюся на верхнем энергетическом уровне, воздействовать определенным фотоном, то есть направить на нее свет определенной длины волны, то произойдет уже вынужденное излучение. И фотон, рожденный в результате такого внешнего воздействия, будет тождествен тому фотону, с которым он провзаимодействовал. Так получается когерентное излучение, при котором волны равны друг другу.

Как устроен лазер

Перед вами — схема первого лазера. Это классический рубиновый лазер, созданный в 1960 году американским ученым Теодором Мейманом. Для работы прибора нужна активная среда, в данном случае — кристалл рубина, и два зеркала. Одно зеркало — глухое, с коэффициентом отражения, близким к единице. Второе — полупрозрачное, в зависимости от типа лазеров коэффициент отражения у него может отличаться как на доли процента, так и на десятки процентов относительно глухого зеркала.

В качестве оптической накачки для твердотельных лазеров, как правило, используется другое оптическое излучение. В первом лазере на кристалле рубина применялись лампы белого света, которые содержали синий и зеленый спектры — именно их кристалл рубина поглощает лучше всего.

Итак, классическая схема лазера: это активное вещество (рубин), резонатор (два зеркала) и система накачки. В других схемах накачка может происходить не только от оптического излучения, но и, например, при помощи электрического разряда (в газовых лазерах). Но в первую очередь лазеры отличаются по типу активной среды: твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на парах металлов. Выше мы упоминали лазер на свободных электронах, сейчас он активно разрабатывается и модернизируется. Также сейчас популярны диодные (полупроводниковые) лазеры и волоконные, где в качестве активной среды используется оптическое волокно.

Где применяется лазерное излучение

Лазерное излучение можно использовать в медицине, промышленности, связи, военном деле и науке. На картинке ниже — примеры медицинских инструментов. Так, сейчас очень популярны лазерные скальпели для коррекции зрения. Они помогают скорректировать геометрию хрусталика, чтобы избавить от близорукости или дальнозоркости, исправить астигматизм и так далее. Лазер идеален для операций на глазе не только из-за очень маленьких размеров пучка — важно и то, что время воздействия таким скальпелем можно сократить до фемтосекунд. Различные типы излучений используются для косметических операций. А в стоматологии ультрафиолетовое излучение применяют для затвердевания зубного клея, который очень хорошо его поглощает.

В промышленности с помощью лазеров производится точнейшая обработка стали: гравировка, вырезание отверстий с очень тонкой и чистой кромкой. Свойства лазерного излучения используют для закаливания некоторых металлов. Чаще всего в современной промышленности применяется волоконный лазер.

В строительной сфере лазеры применяют, чтобы определять расстояния или выстраивать геометрию. Сейчас лазерные уровни продаются во всех строительных магазинах, причем стоят недорого.

Военные и охотники уже давно используют лазерные прицелы. При этом лазер редко используют для прямого нанесения ущерба: пока такие аппараты слишком громоздки. Например, в американских вооруженных силах проводился эксперимент, в ходе которого лазерная установка устанавливалась на самолете. Для чего понадобился целый самолет? Несмотря на небольшой по размерам излучатель, система накачки потребляла огромное количество электроэнергии, а активная среда сильно нагревалась. Так что почти все пространство самолета занимали системы питания и охлаждения лазера.

В нашей стране также разрабатываются подобные системы. Пару лет назад у нас было анонсировано лазерное оружие «Пересвет». Пока о нем известно только то, что оно размещается на мобильной платформе, на грузовике. В остальном, увы, — гостайна.

Отдельно надо сказать про использование лазеров в научных исследованиях. Например, ученые в Сарове используют лазер в процессе термоядерного синтеза: для облучения мишени излучение высокой мощности фокусируется в пятне минимальных размеров.

Такие лазеры могут занимать большие пространства: для термоядерной реакции нужен серьезный источник излучения, размеры которого могут достигать сотен метров.

Лазерная установка УФЛ-2М в Сарове

Наряду с такими гигантами, сравнимыми по габаритам с футбольными стадионами, в последнее время набирают популярность миниатюрные лазеры на так называемых наноструктурах.

Лазеры активно используются в системах связи, в том числе спутниковых. Одно из самых полезных для связистов свойств — распространение излучения в оптическом волокне: оптоволоконные системы позволяют передавать до сотен гигабайт в секунду на огромные расстояния.

Как устроено оптоволокно

Принцип работы оптического волокна основан на эффекте полного внутреннего отражения. Посмотрите на картинку ниже: у нас есть струя воды, и если на вход подать излучение, то при изгибе струи оно не выходит наружу, а распространяется внутри.

Именно так и распространяется излучение по среде с более высоким показателем преломления относительно его оболочки. Этот принцип позволяет передавать данные на десятки, сотни и тысячи километров с минимальными потерями.

В качестве источника оптического излучения используются либо светодиоды, либо лазерные диоды. У лазерного диода более высокие характеристики, но и стоит он дороже.

В телекоммуникационной технике, как правило, применяют полупроводниковые лазеры с длиной волны 1,3 или 1,55 микрометра. Эти длины волн не попадает в полосу поглощения различных гидроксильных групп, которые есть в составе волокна. Таким образом, сигнал не поглощается и не затухает на протяжении многих километров.

В качестве детекторов можно использовать фотодиоды, PIN-диод и лавинный фотодиод. Они отличаются по чувствительности. Если нужно зарегистрировать очень слабый сигнал, берут лавинный фотодиод. Если сигнал на десятки–сотни ватт, то можно применить любые другие типы фотодиодов.

Лазерное излучение и биологические объекты

При падении лазерного пучка на биоткань может произойти поглощение этого излучения, а также пропускание, рассеяние или флуоресценция. Еще один из возможных вариантов — абляция, сгорание верхних слоев ткани. При этом внутренние слои не повреждаются.

При поглощении имеет место коагуляция различных частиц, то есть их слипание. Этот эффект применяется при использовании лазера в хирургии — в качестве лазерного скальпеля. В отличие от механического скальпеля, разрез сосуда или ткани происходит практически бескровно. К тому же лазерный луч может быть значительно тоньше, чем острие металлического скальпеля.

На графике ниже — элементы, которые могут находиться в сосудах, в крови, в тканях кожи. Как мы знаем, человек более чем на 70% состоит из воды. Вода также присутствует в каждой биологической ткани. Есть меланин, который окрашивает нашу ткань. Если мы загорели летом, то меланина в тканях кожи становится существенно больше. А имеющийся у всех нас гемоглобин может быть в двух состояниях — насыщенный кислородом (оксигемоглобин) и без кислорода (дезоксигемоглобин).

График показывает, насколько активно различные элементы поглощают излучение с разными длинами волн. Таким образом, при использовании лазера с определенной длиной волны мы можем добиться селективного поглощения.

Или, к примеру, возьмем два источника излучения с разными длинами волн: один попадает в максимум поглощения, другой — в минимум. При дифференциальном контрасте можно получить концентрацию определенных веществ. Мы видим, что максимумы спектров окси- и дезоксигемоглобина разнесены между собой. Таким образом мы можем определить концентрацию, например, оксигемоглобина.

Это очень важно при проведении хирургических операций. Сейчас в любом хирургическом отделении стоит прибор, который отслеживает насыщенность крови кислородом. Этот датчик позволяет в режиме реального времени определять, что происходит с тканью пациента в нужном месте.

Диагностика, визуализация, лечение рака…

В некоторых диагностических системах используют несколько лазеров с разными длинами волн. Они помогают проводить исследования по различным клеточным структурам: как они себя ведут, какую дают реакцию на препараты.

Выше упоминалось, что лазер может счищать верхние слои кожи. Это используется, в частности, для удаления татуировок. Косметологические салоны сводят «наколки» твердотельным лазером с длиной волны 1064 нанометра.

Еще одно распространенное применение лазеров — фотодинамическая терапия, которая часто применяется при лечении онкологических заболеваний. Вначале в ткань человека вводится фотосенсибилизатор — вещество, которое накапливается в агрессивных раковых клетках. После этого на опухоль — она, как правило, окружена здоровой тканью — воздействует лазер с длиной волны, попадающей в максимум поглощения данного фотосенсибилизатора. В результате излучение поглощается только раковыми клетками. Таким образом, мы выжигаем раковую опухоль, не задевая здоровую ткань.

Лазер применяется в медицине для визуализации. Например, в оптической томографии он служит источником света (см. схему). В качестве источника света также можно использовать суперлюминесцентный диод: он также излучает за счет вынужденного рассеивания, но не имеет такой степени когерентности.

Источник света направлен на светоделитель. Часть излучения отражается на зеркало, а другая направляется на объект, отражаясь от которого обе волны могут взаимодействовать между собой. Если две когерентные длины волны взаимодействуют между собой, происходит интерференция. И на детекторе мы регистрируем набор интерференционных полос, после обработки которых можно получить картинку среза ткани.

Оптический когерентный томограф, принцип действия которого показан на схеме, есть во всех крупных городах. Данная технология позволяет построить трехмерную картину объекта, в данном случае — глаза. И пространственное разрешение, где мы можем отделить один пиксель от другого, может составлять единицы микрон. Аналог данной технологии — ультразвуковое исследование. Только для УЗИ используется не оптическое излучение, а ультразвуковая волна. У ультразвука глубина проникновения выше, чего не скажешь о точности: пространственное разрешение измеряется в миллиметрах, а не в микронах.

Почему нужно комбинировать методы

В Самарском университете данный подход использовали для исследования тканей кожи и легкого с онкологическими образованиями. На фото слева — восстановленное 3D-изображение тканей легкого. А справа — фотография участка, с которого происходила регистрация сигнала.

На картинке слева заметно различие структур между собой. Черное — это воздух, оттуда сигнал не приходил. Пористая структура, похожая на губку, — это здоровая ткань легкого. При переходе вправо можно наблюдать, как возникают слои. Они более плотные и имеют определенную структуру, которая характерна для онкологических новообразований в тканях легкого. Это пример плоскоклеточного рака, удаленного в результате операции в Самарском онкологическом центре.

Такой же подход применялся для исследования тканей кожи. С его помощью легко определить базально-клеточную карциному, однако другие типы рака часто бывают похожи между собой, и диагностировать конкретный тип заболевания становится невозможно. Поэтому оптические методы исследования необходимо дополнять спектральными.

На следующей иллюстрации представлена диаграмма комбинационного (неупругого) рассеяния света, так называемое рамановское рассеяние. Здесь мы снова наблюдаем энергетические уровни, с которыми познакомились при рассмотрении вынужденного рассеяния.

На картинке показано, как лазерное излучение возбуждает колебания в молекуле. При этом 99,999% этого излучения не изменяет длины волны. Но некоторая часть излучения после взаимодействия с молекулой может измениться. Эта доля изменения энергии соответствует колебанию связей, на которые было направлено лазерное излучение.

В результате комбинационного рассеяния света мы получаем набор полос, положение которых привязано к конкретному колебанию нашего объекта. С помощью этих данных мы можем определить, какие колебания у нас есть. В свою очередь, по интенсивности колебаний определяется количественный состав этих компонент.

На фото — момент исследования в Самарском онкологическом центре. Так происходит визуализация образца ткани при помощи дерматоскопа, разработанного там же.

На следующем слайде — характерные графики спектров комбинационного рассеяния для кожи и новообразований. В определенных полосах спектра интенсивность может увеличиваться либо уменьшаться. Так, в полосе №2 интенсивность для злокачественной меланомы увеличивается на 100%. И за увеличение этой интенсивности отвечает изменение компонентного состава в этой области. В частности, если речь идет о биохимических изменениях в ткани, то меняется соотношение ДНК и РНК в клетке. Также может меняться соотношение белков и липидов в ткани.

Подобное исследование проводилось и для тканей легкого. Мы видим, что можно отличить злокачественные образования от доброкачественных. Также для анализа данных могут применяться различные математические подходы — например, регрессионные модели, которые позволяют быстро находить спектральные отличия в большом массиве данных.

Итак, исследование биологического объекта при помощи лазеров и спектральной техники позволяет получить огромный набор данных. Для их обработки приходится прибегать к математическим методам, которые, в свою очередь, надо реализовать на компьютере с использованием специального ПО.

Подведем итоги

Биофотоника дает широкие возможности для диагностики состояния тканей в режиме реального времени, позволяет осуществлять лазерную абляцию — очищение верхних слоев кожи. Лазерный скальпель широко применяется в хирургии. Также при облучении лазером в организме могут ускоряться какие-то процессы, например выработка кислорода в сосудах или каких-то тканях. Либо замедляться, если это необходимо.

Все оптические технологии используются для неинвазивных исследований — без непосредственного контакта инструмента с тканью. Для более точного исследования в различных диапазонах можно использовать сразу несколько лазеров. Но это далеко не все возможности. Мы не упомянули такое интересное направление, как оптогенетика — воздействие лазерного или оптического излучения на когнитивные функции. Исследователи воздействуют на нейроны в определенных областях мозга, пытаясь улучшать настроение, стимулировать выработку гормонов и так далее. Пока такие опыты проводятся на животных. На фото — мышь, в череп которой вживлено оптическое волокно для соответствующих исследований.

В связи с текущей пандемией стоит отметить, что упомянутая выше рамановская спектроскопия — технология, которая может использоваться для исследования вирусов. Здесь снова междисциплинарный подход: вирусы — частицы размером 20–200 нанометров, нужно их как-то уловить. Вирусы содержатся в крови, которая движется по некоему капилляру. Следовательно, в капилляр устанавливаются специальные наноловушки — наноструктуры, способные поймать и захватить частицы определенного размера. После захвата частиц проводим их облучение лазером и регистрацию рамановского рассеяния — вот теперь мы можем точно сказать, что это. Преимущество оптических технологий в данном случае в том, что вирусы обнаруживаются даже при минимальной их концентрации.

***

На наш взгляд, мы перечислили большинство наиболее интересных областей применения лазеров. Хотя наверняка могли что-то забыть. Так что, если кто-то подкинет интересных фактов в комментариях, с удовольствием поплюсуем.

Основные области применения лазеров в медицине

Более полувека прошло с момента появления первых лазерных установок.  Сегодня квантовая электроника стала одним из приоритетных направлений науки и техники. Стремительное развитие лазерных технологий привели к их внедрению практически во все направления науки и техники, в том числе в биологические дисциплины и медицину.

Можно выделить несколько основных областей применения лазеров в медицине:

•             Прежде всего это лазеротерапия: облучение низкоинтенсивными лазерами различных органов и тканей с целью получения ряда эффектов на клеточном уровне (фотобиологическая стимуляция, улучшение энергетического баланса клеток), с целью получения противовоспалительного, противоотечного, трофико-регенераторного, анальгетического и десенсибилизирующего эффектов; применение лазера как инструмента рефлексотерапевта.
•             Это фотодинамическая терапия , основанная на принципах необратимого повреждения продуктами (в основном активными формами кислорода), возникающими в ходе облучения лазерным лучом окрашенных фотосенсибилизатором паталогических тканей.   Аппараты серии «АЛОД-01»

•             Мощные  лазеры, используемые в качестве хирургического инструмента в офтальмологии, оториноларингологии, урологии, косметологии и других областях медицины. Лазерный луч приводит к  необратимым изменениям в тканях: коагуляции, вапоризации или абляции. Аппараты серии «АЛОД-01»

•             Это обширное направление неинвазивной диагностики: различные методы  лазерного флуоресцентного анализа;  оптическая когерентная томография ­- перспективный метод диагностики офтальмологических и раковых заболеваний; лазерный спектральный анализ молекул-биомаркеров (например  в выдыхаемом воздухе)  для диагностики гастроэнтерологических заболеваний, заболеваний легких, эндокринной системы и.т.д.

Производство лазерного оборудования является одной из приоритетных задач в деятельности фирмы «АЛКОМ медика». Мы развиваем все направления производства оборудования для  лазерной медицины и делаем это на основе самых современных разработок.

Практическое применение лазеров

Измерительная лазерная технология используется при проведении различных измерений, а также для контроля размеров, качества материалов, изделий, линейных перемещений.

Эти технологии отличаются высокой скоростью, позволяют проводить измерения бесконтактно.

Лазерные измерители основаны на принципах голографии и позволяют обнаруживать поверхностные дефекты размером до 1 мкм, находить и количественно определять статические и динамические деформации различных деталей.

Перспективно использование лазеров в химической технологии. Лазерную интенсификацию химических реакций можно рассматривать как разновидность фотохимических процессов. Использование лазерного излучения в химической технологии перспективно для получения новых продуктов, осуществления новых химических реакций, интенсификации существующих химико-технологических процессов.

В производстве интегральных схем действие лазера используют для локальной термической диссоциации некоторых металлсодержащих органических соединений при изготовлении пленочных элементов схем; интенсификации процессов локального окисления и восстановления; для получения тонких пленок путем испарения материалов в вакууме.

Термическое действие лазерного излучения может быть применено для поверхностного упрочнения (закалка и «залечивание» микродефектов оплавлением) быстроизнашивающихся металлических деталей.

В пищевой промышленности выделяют два направления практического применения лазеров: для целенаправленного воздействия на вещество, а также для передачи и обработки информации, осуществления контроля и измерений.

Использование энергии излучения гелий-неонового лазера для обработки воды при производстве хлеба позволяет интенсифицировать созревание теста, не увеличивая дозы дрожжей, а также повышать выход и качество хлеба в целом.

Эффект лазерной активации апробирован и внедряется в производстве молочных продуктов, что позволяет экономить 10 — 30% реагентов, ускорять процессы в 1,2 – 2 раза, уменьшать расходы тепла, электроэнергии, чистой воды, улучшать качество готовой продукции и сточных вод. Лазерная активация молока повышает продолжительность бактерицидной фазы и качество молока по бактериальной обсемененности.

Обработка молока позволяет снижать кислотность молока при приемке, сокращается время получения молочных продуктов (например, кефира). При этом улучшаются органолептические свойства готовой продукции – кефира, сметаны, пастеризованного молока, творога, мороженого.

Лазеры используются и для ускорения производства безалкогольных напитков с улучшенными свойствами, сохранения качества мяса и мясопродуктов.

Лазеры широко применяются как датчики и регуляторы на технологических линиях, они помогают при производстве этикеток, маркировке продуктов, при помощи лазеров осуществляют контроль и анализ показателей в процессе пищевого производства. Например, используется лазерная флуоресцентная экспресс-диагностика для бактериальной обсемененности продуктов.

При контроле технологии производства сыра перспективно применение волоконно-оптической системы лазерной флуоресцентной диагностики Это позволяет обнаружить нарушение технологии и определять звено в технологической цепочке. Кроме того, методика позволяет установить критические сроки использования объектов очистки технологической системы, что существенно удешевляет процесс изготовления продукции и сокращает простой оборудования.

Предварительная апробация метода и аппаратуры лазерной флуоресцентной диагностики для оценки качества пищевых продуктов (молока, молочнокислых продуктов, сыра, вина, пива) подтвердила его эффективность на всех этапах их изучения, хранения, реализации и применения.

Исследования ученых (Б.Ф. Федоров, 1988; В.К. Асенов, 1993; Н.Ю. Выхрест, 1999 и др.) подтверждают эффективность использования лазерных технологий в пищевой промышленности.

Находит применение лазерная обработка для стимуляции посевного материала, дистанционного зондирования полей, космического землеведения. Проводится лазерное исследование качества зерна, лазерный контроль качества яиц и обработка мясных продуктов лазерным излучением.

Необходимы дальнейшие исследования и внедрение лазерной технологии в пищевую промышленность, сельскохозяйственное производство и другие отрасли.

Применение лазеров

На вопрос: «Что такое лазер?» сейчас компетентно могут ответить даже школьники. И все потому, что это устройство уже давно не в диковинку. А чтобы понять, в чем его суть, сразу отметим, что лазер — это на самом деле аббревиатура, за которой необходимо видеть определенную английскую фразу.

«Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» в переводе означает усиление света в результате вынужденного излучения. То есть речь идет об источнике оптического когерентного излучения, который характеризуется высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Причем это устройство за многие годы совершенствовалось настолько постоянно, что сейчас уже есть газовые лазеры, жидкостные. Есть и твердотельные, то есть на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках.

В этом устройстве преобразуются различные виды энергии в энергию лазерного излучения. Для лазера необходима активная среда, которая располагается между зеркалами, образующими оптический резонатор. А чтобы образовать активную среду, используют не только воздействие света, как считают некоторые, но и прочие методы так называемой «накачки»: электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электронным пучком и прочее.

Поскольку у лазера уникальные свойства, то он нашел широкое применение во многих отраслях науки и техники, и даже в быту. Ведь мы же пользуемся лазерными принтерами или проигрывателями компакт-дисков. К тому же мы постоянно считываем штрихкоды и берем в руки лазерные указки.

Впрочем, наибольшая отдача от такого изобретения ощущается, например, в промышленности. Именно лазер помогает резать, сваривать и паять самые разные материалы. Лазер может сварить керамику и металл, которые невозможно сварить иначе. И все за счет того, что лазер позволяет получить высокую температуру излучения.

С лазером связаны такие технологические процессы, как лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление. Для военных лазер уже давно стал отличным средство наведения и прицеливания. В медицине лазеры стали бескровными скальпелями в руках у хирургов. Их также применяют при лечении офтальмологических заболеваний. Таких, как катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и прочих.

Лазер стал необходим и в косметологии, где его используют для эпиляции, лечения сосудистых и пигментных дефектов кожи, удаление татуировок и пигментных пятен. Не будет преувеличением сказать, что лазер в наше время используется везде. Ведь с его помощью удалось даже измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров.

Лазерная стоматология

Лазер – устройство, которое преобразует один вид энергии в другую – в энергию узконаправленного потока излучения, обладающую определенными свойствами. Название “лазер” является аббревиатурой, составленной из начальных букв английских слов: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что переводится как “усиление света посредством принужденного излучения”. Действующим фактором любого лазерного прибора является свет, представляющий собой электромагнитное излучение в определенном диапазоне частот и длин волн.

В стоматологии применяются следующие виды лазеров: диодный, неодимовый, эрбиевый, углекислотный. В клинике «Диал-Дент» имеются два диодных лазера PICASSO (США) работающих в невидимом спектре (подсветка делается для удобства работы) с длинной волны 810 нм, регулируемой мощностью от 0,5 до 7,0 Вт с постоянным и импульсным излучением. Диодный лазер оказывает непосредственное воздействие на мягкие ткани (удаление, коагуляция, стимуляция, стерилизация) и твердые ткани (отбеливание, стерилизация).

Семейный стоматологический центр «Диал-Дент» предлагает различные услуги по лечению десен и зубов лазером, в том числе и хирургические услуги с использованием лазера. Все специалисты, работающие с лазером, прошли теоретический и практический курсы обучения. Цены на лечение зубов и десен с помощью лазера можно посмотреть в прайс-листе.

Применение лазера в терапевтической стоматологии

Процедуры с использованием лазера в терапии безболезненные и занимают от 4 до 6 мин, при этом очень эффективны. Однако, долгое время существенным недостатком лазера была высокая стоимость оборудования, что делало цены на лечение неоправданно высокими. Тщательный анализ рынка стоматологического оборудования и отзывы практикующих стоматологов помогли главному врачу «Диал-Дент» Цукору С.В. включить процедуры с использованием стоматологического лазера в комплексное лечение пациентов «Диал-Дент» без ущерба для их кошелька.

Области применения стоматологического лазера в терапии:

1. Устранение очагов воспаления: лечение гингивита (воспаления десны), стоматита, герпеса.
2. Стерилизация открытых и закрытых полостей: обработка корневых каналов перед пломбированием, обработка пародонтальных карманов при пародонтите.
3. Биостимуляция для ускорения процессов заживления и восстановления тканей.
4. Иммуномодуляция.
5. Снижение или устранение чувствительности шеек зубов при клиновидных дефектах и эрозиях.

Все манипуляции в терапии проводятся без анестезии.

Применение лазера в лечении пародонтита и пародонтоза на ранних стадиях (легкая и средняя степень пародонтита) позволяет практически полностью исключить ручной кюретаж десневого кармана и достичь исчезновения пародонтологических карманов за счет их стерилизации. Помимо этого, лазерное излучение устраняет воспаление, стимулирует регенерацию тканей и ускоряет процесс выздоровления.

Успешно применяется лазер в стоматологии для лечения герпеса на губах, афтозного стоматита, язв, патологических трещин в уголках губ.

Комментарий гигиениста-стоматологического Смирновой Е.: «Последнее время в «Диал-Дент» очень часто обращаются пациенты с герпесом — лазер эффективно лечит и подсушивает его. Также лазер предотвращает проявление герпеса на губах если посветить сразу, при первых появившихся симптомах.»

Лазер воздействует на клеточном уровне, испаряя влагу в поврежденных клетках, стимулируя иммунитет здоровых клеток, и помогает за несколько сеансов лечения полностью избавиться от заболевания, вызывая быстрое рубцевание и полное заживление. Лечение лазером снижает повтор этих заболеваний.

С помощью лазера лечат лейкоплакии, красный плоский лишай, удаляют папилломы, фибромы.

Лазер в хирургической стоматологии

В хирургической стоматологии лазер используют для разрезания, отсекания, выпаривания, удаления и коагуляции мягких тканей ротовой полости.

Области применения лазера в хирургии:

1. Удаление различных новообразований (фибромы, папилломы, гемангиомы, эпулис, ретенционные кисты).
2. Гингивопластика в зоне улыбки для создания эстетического контура десны.
3. Иссечения нависающей десны перед пломбированием
4. Удаление разросшейся десны перед протезированием.
5. Удаления капюшона десны у не полностью прорезавшихся зубов.
6. Коррекция уздечек губ и языка.
7. Углубление преддверия полости рта.
8. Остановка кровотечения (гемостаз).

В хирургии лазер дает возможность исключить кровотечение, создает стерильность рабочего поля и быстрое заживление, отсутствие отека и возможность не накладывать швы. Хирургические операции при использовании лазера вместо скальпеля становятся бескровными, сокращается их время, исключено попадание инфекции в рану, заживление проходит быстрее. При поверхностных вмешательствах и использовании импульсного режима, применение лазера делает ненужным использование анестезии, что особенно актуально для сердечников, беременных женщин и аллергиков. При глубоких воздействиях намного меньше болезненность в послеоперационном периоде, практически отсутствует послеоперационный отек.

Комментарий хирурга-пародонтолога Якименко И.И.: «Для меня использование лазера в первую очередь — удобство, эффективность и возможность закончить лечение кариеса в одно посещение при врастании или нависании десны в кариозную полость. Раньше мне приходилось убирать десну скальпелем, накладывать повязку и назначать пациента на второе посещение. Теперь, после иссечения десны, как правило, я имею возможность пломбировать зуб сразу из-за отсутствия кровотечения. Очень хорошее терапевтическое воздействие на десну — буквально на глазах снимается отек и уменьшается воспаление. Использование лазера вместо скальпеля — это чистое рабочее поле и минимальный послеоперационный отек, ускоренное заживление. Еще я использую лазер для снятия чувствительности зубов в пришеечной области при клиновидных дефектах и эрозиях.»

Уздечки корректируются лазером бескровно и с небольшим количеством анестетика, нет необходимости накладывать швы (короткая уздечка губы или короткая уздечка языка). Присутствие в «Диал-Дент» логопеда и ортодонта позволяет получить необходимые консультации в кратчайшие сроки и провести продуманное, согласованное лечение. Перед ортодонтическим лечением может потребоваться пластика мелкого преддверия полости рта, операции на деснах в целях предотвращения рецессии десны. Все эти операции намного легче и эффективнее проводятся при помощи лазера вместо скальпеля.

Противопоказания к использованию лазера

1. Заболевания сердечно-сосудистой системы в стадии декомпенсации
2. Заболевания нервной системы с резко повышенной возбудимостью
3. Гипертиреоз
4. Выраженная и тяжелая степень эмфиземы легких
5. Функциональная недостаточность почек
6. Тяжелая степень сахарного диабета в некомпенсированном состоянии и при неустойчивой компенсации
7. Онкологические заболевания
8. Обильное кровотечение
9. Фотодерматозы и применение фотосенситивных преператов

Качественное оборудование и обучение специалистов гарантируют безопасность процедур лечения зубов и десен лазером, а также лазерного отбеливания зубов в «Диал-Дент».

Лазерное отбеливание имеет стойкий результат, безопасно для эмали зубов.

Стоматологический лазер – прекрасное дополнительное средство в лечении многих стоматологических заболеваний. Однако использование лазера не исключает традиционных способов лечения, которыми в совершенстве владеют специалисты Семейного стоматологического центра «Диал-Дент».

Статьи по теме:

Оборудование Семейного стоматологического центра «Диал-Дент» — стоматологический лазер PICASSO (США)

Лазерная хирургия в стоматологии

Лазерная стоматология при пародонтите и пародонтозе

Лечение герпеса на губах с помощью лазера в клинике «Диал-Дент»

Лазерная пластика уздечки губ и языка в клинике «Диал-Дент»

Лазерное отбеливание зубов цены

Heydent — гель для лазерного отбеливания зубов

Примеры работ наших специалистов с использованием стоматологического лазера

Часто задаваемые вопросы по использованию стоматологического лазера

Запись на консультацию по телефону +7-499-110-18-04 или через форму на сайте. Задать вопросы по стоматологическому лечению можно главному врачу клиники Цукору Сергею Владимировичу в
Facebook.

применений лазеров

Применения
Лазеры

Лазер
оптическое устройство, генерирующее интенсивный когерентный луч
монохроматический свет за счет вынужденного излучения излучения.

Лазер
свет отличается от обычного света. Он имеет различные
уникальные свойства, такие как когерентность, монохромность,
направленность и высокая интенсивность.Благодаря этим уникальным
свойства, лазеры используются в различных приложениях.

наиболее важные области применения лазеров включают:

• Лазеры в
  медицина
• Лазеры в
  связь
• Лазеры в
  промышленность
• Лазеры в
  наука и техника
• Лазеры в
  военный

Лазеры в
Медицина

1. Лазеры
   используется для бескровной хирургии.
2. Лазеры
   используется для разрушения камней в почках.
3. Лазеры
   используется в диагностике и терапии рака.
4. Лазеры
   используется для коррекции кривизны хрусталика глаза.
5. Лазеры
   используется в оптоволоконном эндоскопе для обнаружения язв в
   кишечник.
6. Печень
   а болезни легких можно лечить с помощью лазеров.
7. Лазеры
   используется для изучения внутреннего строения микроорганизмов и
   клетки.
8. Лазеры
   используется для проведения химических реакций.
9. Лазеры
   используется для создания плазмы.
10. Лазеры
    используется для успешного удаления опухолей.
11. Лазеры
    используется для удаления кариеса или разрушенной части зубов.
12. Лазеры
    используется в косметических процедурах, таких как лечение акне,
    целлюлит и эпиляция.

Лазеры
в Коммуникациях

1. Лазерный свет
   используется в оптоволоконной связи для отправки информации
   на большие расстояния с низкими потерями.
2. Лазерный свет
   используется в подводных сетях связи.
3. Лазеры
   используется в космической связи, радарах и спутниках.

Лазеры
в промышленности

1. Лазеры
   используется для резки стекла и кварца.
2. Лазеры
   используется в электронной промышленности для обрезки компонентов
   Интегральные схемы (ИС).
3. Лазеры
   используется для термической обработки в автомобильной промышленности.
4. Лазерный свет
   используется для сбора информации о префиксных ценах
   различных товаров в магазинах и коммерческих учреждениях
   со штрих-кода, нанесенного на продукт.
5. Ультрафиолет
   лазеры используются в полупроводниковой промышленности для
   фотолитография.Фотолитография — это метод, используемый для
   изготовление печатной платы (PCB) и микропроцессора
   с помощью ультрафиолета.
6. Лазеры
   используется для сверления аэрозольных форсунок и контрольных отверстий внутри
   требуемая точность.

Лазеры
в области науки и технологий

1. А лазер
   помогает в изучении броуновского движения частиц.
2. С
   помощь гелий-неона
   лазера было доказано, что скорость света одинакова в
   все направления.
3. С
   с помощью лазера можно подсчитать количество атомов
   в веществе.
4. Лазеры
   используется в компьютерах для извлечения сохраненной информации из
   Компакт-диск (CD).
5. Лазеры
   используется для хранения большого количества информации или данных на CD-ROM.
6. Лазеры
   используется для измерения загрязняющих газов и других загрязняющих веществ
   атмосферы.
7. Lasers помогает
   в определении скорости вращения Земли точно.
8. Лазеры
   используется в компьютерных принтерах.
9. Лазеры
   используется для создания трехмерных изображений в космосе
   без использования линз.
10. Лазеры
    используется для обнаружения землетрясений и подводных ядерных
    взрывы.
11. Галлий
    арсенидный диодный лазер можно использовать для установки невидимого забора
    для защиты области.

Лазеры
в Военном деле

1. Лазер
   дальномеры используются для определения расстояния до
   объект.
2. кольцевой лазерный гироскоп используется для зондирования и измерения очень
   небольшой угол поворота движущихся объектов.
3. Лазеры
   Может использоваться как скрытный осветитель для разведки
   ночью с высокой точностью.
4. Лазеры
   используются для утилизации энергии боеголовки путем повреждения
   ракета.
5. Лазер
   свет используется в лидарах для точного измерения расстояния
   к объекту.

RP Photonics Encyclopedia — лазерные приложения

Encyclopedia> буква L> лазерные приложения

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

Если вы каким-либо образом используете лазеры, обратитесь в RP Photonics за советом относительно наиболее подходящих лазерных источников или за помощью в разработке лазера.

Определение: приложения с лазерными устройствами

немецкий: Laseranwendungen

Категория: лазеры

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr. Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/laser_applications.html

Лазеры — это источники света с очень особыми свойствами, о которых говорилось в статье о лазерном свете.
По этой причине существует большое разнообразие лазерных приложений, в результате чего общий объем продаж лазеров во всем мире составил более 8 миллиардов долларов США (по данным на 2013 год).
В следующих разделах дается краткий обзор.

Лазерное производство

Лазеры широко используются для лазерной обработки материалов на производстве, например.грамм. для резки, сверления, сварки, плакирования, пайки (пайки), закалки, модификации поверхности, маркировки, гравировки, микрообработки, импульсного лазерного напыления, литографии и т. д.
Во многих случаях к небольшому пятну прикладывается относительно высокая оптическая интенсивность, что приводит к интенсивному нагреву, возможно испарению и образованию плазмы.
Существенными аспектами являются высокая пространственная когерентность лазерного света, обеспечивающая сильную фокусировку, а также часто возможность генерации интенсивных импульсов.

Методы лазерной обработки имеют много преимуществ по сравнению с механическими методами.Они позволяют изготавливать очень тонкие конструкции высокого качества, избегая механических нагрузок, например, вызванных механическими сверлами и лезвиями.
Лазерный луч с высоким качеством луча можно использовать для сверления очень мелких и глубоких отверстий, например для форсунок.
Часто достигается высокая скорость обработки, например при изготовлении фильтровальных сит.
Кроме того, снимается ограничение срока службы механических инструментов.
Также может быть выгодно обрабатывать материалы, не касаясь их.

Требования к оптической мощности и качеству луча, помимо длины волны, во многом зависят от области применения и используемых материалов.Например, для лазерной маркировки пластмасс можно использовать довольно низкие уровни мощности, тогда как для резки, сварки или сверления металлов требуется гораздо больше — часто несколько киловатт.
При пайке может потребоваться большая мощность, но только умеренное качество луча, тогда как особенно удаленная сварка (то есть сварка со значительным расстоянием между лазерной головкой и свариваемыми деталями) зависит от высокого качества луча.

Производство с помощью лазера часто позволяет изготавливать практически одинаковые детали с более высоким качеством и / или меньшей стоимостью.Кроме того, часто можно реализовать совершенно новую конструкцию деталей или использовать новые материалы.
Например, автомобильные детали все чаще изготавливаются из легких материалов, таких как алюминий, что требует дополнительных операций лазерного соединения.
Снижение веса возможно не только при использовании более легких материалов, но и, например, производя их с более короткими фланцами из-за более высокой точности, чем это возможно при традиционных методах производства.

Лазеры также широко используются для юстировки.Юстировочные лазеры могут просто излучать гауссов лазерный луч, формируя круглое пятно на заготовке, линию, крест или какой-либо другой узор.
Они важны для многих производственных процессов.

Медицинские приложения

Имеется широкий спектр медицинских приложений.
Часто они относятся к внешним частям человеческого тела, до которых легко добраться со светом; примерами являются глазная хирургия и коррекция зрения (LASIK), стоматология, дерматология (например, фотодинамическая терапия рака) и различные виды косметического лечения, такие как удаление татуировок и удаление волос.

Лазеры также используются для хирургии (например, простаты), используя возможность разрезать ткани, вызывая минимальное кровотечение.
Некоторые операции можно делать эндоскопическими средствами; эндоскоп может содержать оптическое волокно для доставки света к месту операции и другое волокно для визуализации, помимо дополнительных каналов для механических инструментов.

Для медицинских приложений требуются самые разные типы лазеров в зависимости от длины оптической волны, выходной мощности, формата импульса и т. Д.Во многих случаях длина волны лазера выбирается так, чтобы определенные вещества (например, пигменты татуировок или кариес на зубах) поглощали свет сильнее, чем окружающие ткани, что позволяет более точно нацеливать их.

Медицинские лазеры не всегда используются в терапии.
Некоторые из них скорее помогают в диагностике, например с помощью методов визуализации глаз, лазерной микроскопии или лазерной спектроскопии (см. ниже).

Подробнее читайте в статье о медицинских лазерах.

Метрология

Лазеры широко используются в оптической метрологии, например.грамм. для чрезвычайно точных измерений положения и оптического профилирования поверхности с помощью интерферометров, для дальнего поиска и навигации.

Лазерные сканеры сканируют направление лазерных лучей, которые могут считывать, например, штрих-коды или другая графика на некотором расстоянии.
Также возможно сканирование трехмерных объектов, например в контексте расследования места преступления (CSI).

Оптический отбор проб — это метод, применяемый для характеристики быстрых электронных микросхем, микроволновая фотоника, терагерцовая наука и т. Д.

Лазеры

также позволяют выполнять чрезвычайно точные измерения времени и поэтому являются важным компонентом оптических часов, которые начинают превосходить по своим характеристикам используемые в настоящее время атомные часы цезия.

Волоконно-оптические датчики, часто исследуемые с помощью лазерного излучения, позволяют выполнять распределенное измерение температуры, напряжения и других величин, например в нефтепроводах и крыльях самолетов.

Хранение данных

Оптическое хранилище данных, например в компакт-дисках (CD), DVD, Blu-ray дисках и магнитооптических дисках почти всегда полагается на лазерный источник, который имеет высокую пространственную когерентность и, таким образом, может использоваться для обработки очень крошечных пятен на носителе записи, позволяя хранение данных очень высокой плотности.Другой случай — голография, где временная когерентность также может иметь значение.

Связь

Дисплеи

Лазерные проекционные дисплеи, содержащие источники RGB, могут использоваться для кинотеатров, домашних видео, симуляторов полета и т. Д. И часто превосходят другие дисплеи в отношении возможных размеров экрана, разрешения и насыщенности цвета.
Однако дальнейшее снижение производственных затрат будет иметь важное значение для более глубокого проникновения на рынок.

Лазерная спектроскопия

Лазерная спектроскопия используется во многих различных формах и в широком диапазоне приложений. Например, физика атмосферы и мониторинг загрязнения получают прибыль от обнаружения следовых газов с помощью технологии LIDAR с дифференциальной абсорбцией.
Твердые материалы можно анализировать с помощью спектроскопии лазерного пробоя.
Лазерная спектроскопия также играет важную роль в медицине (например, в обнаружении рака), биологии и различных типах фундаментальных исследований, отчасти связанных с метрологией (см. Выше).

Микроскопия

Различные научные приложения

Лазерное охлаждение позволяет довести облака атомов или ионов до чрезвычайно низких температур.Это находит применение в фундаментальных исследованиях, а также в промышленных целях.

В частности, в биологических и медицинских исследованиях, оптический пинцет может использоваться для захвата мелких частиц, таких как бактерии или части живых клеток, и манипулирования ими.

Лазерные звезды-проводники используются в астрономических обсерваториях в сочетании с адаптивной оптикой для атмосферной коррекции.
Они позволяют существенно увеличить разрешение изображения даже в тех случаях, когда естественная направляющая звезда, находящаяся достаточно близко, недоступна.

Энергетические технологии

В будущем мощные лазерные системы могут сыграть роль в производстве электроэнергии.
Лазерно-индуцированный ядерный синтез исследуется как альтернатива другим типам термоядерных реакторов.
Для разделения изотопов можно также использовать мощные лазеры.

Военное применение

Есть множество военных лазерных приложений.
В относительно редких случаях лазеры используются в качестве оружия; «лазерный меч» стал популярным в кино, но не на практике.Некоторые мощные лазеры в настоящее время разрабатываются для потенциального использования в качестве оружия направленной энергии на поле боя или для уничтожения ракет, снарядов и мин.

В других случаях лазеры действуют как целеуказатели или лазерные прицелы (по сути, лазерные указатели, излучающие видимые или невидимые лазерные лучи) или как раздражающие или ослепляющие (обычно не разрушающие напрямую) контрмеры, например против зенитных ракет с тепловым наведением.
Также возможно временно или навсегда ослепить солдат с помощью лазерных лучей, хотя последнее запрещено правилами войны.

Есть также много лазерных приложений, не предназначенных специально для использования в военных целях, например в таких областях, как определение расстояния, лидары и оптическая связь.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 30 поставщиках лазерных приложений. Среди них:

TOPTICA Photonics

TOPTICA предлагает лазеры для приложений в таких областях, как биофотоника, промышленное производство, фундаментальные и прикладные квантовые технологии, оптическая микроскопия, терагерцовое зондирование, сверхбыстрые исследования, управление полупроводниковыми процессами, метрология, астрономия и геология.

FYLA LASER

В FYLA мы разрабатываем ультрасовременные волоконные лазеры с длительностью импульса в диапазоне наносекунды, пикосекунды и фемтосекунды. Наши лазеры используются во многих областях, от микроскопии (двухфотонная микроскопия, SHG, SPIM, OCT) до определения характеристик полупроводников, обеспечивая более высокий уровень надежности, более длительный срок службы и экономичное решение.

Лазеры RPMC

Лазеры RPMC предлагают самый широкий выбор твердотельных лазеров в Северной Америке, а также широкий выбор типов лазерных диодов и газовых лазеров, что позволяет нам обслуживать широкий спектр лазерных приложений.Чтобы упростить вам процесс выбора, мы составили список распространенных лазерных приложений.

Laser Quantum

Laser Quantum Лазеры используются во многих различных приложениях в промышленных и научных исследованиях, и каждый из них адаптирован для наилучшего соответствия среде, в которой они находятся. См. Описание некоторых приложений лазера Laser Quantum на нашем веб-сайте.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: лазеры, лазерная обработка материалов, лазеры для обработки материалов, медицинские лазеры, лазерная микроскопия, лазерная спектроскопия, лазерный свет, фотоника
и другие товары в категории лазеры

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о лазерных приложениях  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_applications.html 
 статья «Лазерные приложения» в энциклопедии RP Photonics]  

Laser Applications — обзор

9.12.3 Лазерная маркировка и гравировка

Лазерная маркировка и гравировка — хорошо зарекомендовавшие себя промышленные лазерные приложения. Лазерная маркировка помогает распознавать и идентифицировать продукцию, что становится все более важным из-за ответственности за качество продукции и экологических проблем ( 20 ). Ключевые области применения лазерной маркировки включают автомобильные приложения, такие как детали под капотом, структурные компоненты, панели кузова, фары, бамперы, электрические и электронные устройства, такие как переключатели, вилки, разъемы, корпуса конденсаторов и бобины, крышки для бутылок, этикетки и упаковка.Другие области интересов — упаковка пищевых продуктов, дом и стиль жизни, а также применение в строительстве и сельском хозяйстве. К процессу маркировки предъявляются строгие требования с точки зрения качества, гибкости, скорости и стоимости производства.

Маркировка может представлять собой буквенно-цифровой код, штрих-код (для указания технических данных, серийных номеров, номеров одобрений, даты изготовления и срока годности), а также функциональные символы и логотипы компании. На рисунке 8 показано применение лазерной маркировки.

Рисунок 8. Результат лазерной маркировки на подложке из ПММА, обработанной полимерной пленкой толщиной 10 мм; мощность излучения лазера 23 мВт.

Воспроизведено с Ягю, Х. Микрофабрикация прозрачного пластика с помощью лазера в видимой области спектра с использованием полимерной пленки, диспергированной в виде наночастиц золота. J. Mater. Процесс. Technol. 2010, 210, 1153–1158.

Традиционные методы письма на пластике включают струйную печать и наклейки с кодом. Они хорошо зарекомендовали себя, но у них есть некоторые недостатки в отношении гибкости и долговечности маркировки, и они влияют на окружающую среду из-за использования чернил и предварительной обработки деталей.Лазерная маркировка полезна, потому что она может сочетать массовое производство с быстрой настройкой, в ней не используются чернила и предварительная обработка, ее можно безопасно интегрировать в сборочную линию и ее можно наносить на продукты с различной геометрией и компьютерным управлением, что приводит к высокой воспроизводимости , высокая скорость и пропускная способность.

Разработка пластиковых изделий с лазерной маркировкой — непрерывный процесс ( 20 — 26 ). Были произведены новые добавки и полимеры с полноцветной маркировкой, а также исследованы такие аспекты, как эстетика и долговечность.

Когда лазерная система используется для маркировки, высокая энергия взаимодействует с материалом и, таким образом, обеспечивает его маркировку. Можно выделить два основных метода: маскировочная печать и печать гальваническими зеркалами. В первом случае маска используется для проецирования изображения или надписи на рабочую поверхность, и обычно для печати изображения на пластике достаточно одного лазерного импульса. Во втором случае используется гальваническое зеркало, и достигается максимальная гибкость, при которой печать выполняется путем манипулирования лучом.Лазерный луч фокусируется через гальваническую систему, состоящую из двух управляемых компьютером зеркал, а затем эффективно используется как ручка. Можно напечатать очень мелкие узоры с высоким качеством изображения ( 2 ).

Взаимодействие с лазерным материалом может происходить несколькими способами. Когда пластик поглощает лазерный свет, лазерный свет и пластик могут в основном взаимодействовать в шести возможных режимах: гравировка, абляция, вспенивание, карбонизация и фотовосстановление, отбеливание и формирование цвета.При лазерной маркировке используется гравировка, в то время как абляция и вспенивание могут быть подвержены загрязнению или могут иметь недостаточную устойчивость к царапинам ( 20 ). Для вспенивания это зависит от используемого полимера, настройки лазера и области применения. Устойчивость к истиранию в целом хорошая.

При использовании карбонизации, отбеливания или формирования цвета лазерная печать не влияет на поверхность, а устойчивость напечатанного материала к царапинам и истиранию такая же, как и у основного полимера.

Интересный аспект заключается в том, что, поскольку отпечаток находится «под кожей» пластика, загрязнение не может повлиять на него.

Тип взаимодействия лазерного материала с материалом и качество лазерной маркировки сильно зависят как от состава материала, так и от настроек лазера. Кроме того, влияние красителей и добавок является фундаментальным. Добавки могут облегчить лазерную маркировку ПЭ и ПП, ПС, ТПУ, ПК, ПЭТ, ПБТ, ПВХ и других материалов. Когда добавки вводятся в полимер посредством экструзии, литья под давлением, выдувного формования или ротационного формования, пластмассы могут быть маркированы с помощью лазерных технологий быстрого YAG или CO ₂ лазерных систем ( 21 , 22 , 24 ).Превосходный цветовой контраст между изображением и основной смолой может быть получен даже в полупрозрачных и прозрачных полимерах. Доступные цвета: белый, серый, синий, коричневый, зеленый, красный, розовый, фиолетовый, желтый и золотой для темного фона. Был разработан новый стандарт (EN13900-5) для тестирования дисперсии пигментов в маточных смесях в тонких пленках и других чувствительных приложениях ( 25 ). Эту новую норму можно также использовать в качестве основы для тестирования маточных смесей добавок.

Некоторые пигменты для лазерной маркировки получили одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для использования при загрузке до 0. 5% в полиолефинах, которые вступают в контакт с пищевыми продуктами при определенных условиях ( 26 ). Это очень интересно для индустрии пластиковой упаковки.

Для лазерной маркировки прозрачных пластиковых материалов полимерные пленки с диспергированными наночастицами могут использоваться в качестве поглотителя лазерного луча. В исх. ( 27 ), наночастицы Au (средний диаметр 3 нм), диспергированные в этилцеллюлозе, наносили на поглотитель для лазерного микротехнологии прозрачного пластика. Полимерная пленка имеет сильное поглощение на длине волны около 530 нм, и по этой причине использовался лазер Nd: YVO4-SHG (CW, длина волны 532 нм).Микроузор был изготовлен на прозрачном поли (метилметакрилате) и полиэтилентерефталате.

В промышленных системах лазерной маркировки используется лазер CO ₂ и Nd: YAG, и некоторые исследования показали, что лазеры Nd: YAG обеспечивают превосходную разборчивость меток на таких поверхностях, как керамика и пластик ( 27 ), взаимодействие лазерных материалов с материалами. в CO _{2 выглядит иначе. Лазерная маркировка} связана с поверхностным напылением, в то время как лазерная маркировка YAG представляет собой прожигающий знак ( 28 ).В последнее время проявился большой интерес к использованию лазерной маркировки для улучшения эстетического вида маркированного изображения. В работах. ( 29 , 30 ) использование спектрофотометров и соотношений яркости обсуждается для эстетической оценки лазерной маркировки четырех типов поверхностей, маркированных с использованием источника лазера Nd: YAG. Показатель коэффициента яркости оказался хорошим для исследуемых материалов (анодированного алюминия, нержавеющей стали, полибутилентетрафталата (PBT) и фенолформальдегида), даже если необходимы дальнейшие исследования для расширения применимости к другим типам материалов.

Оценка применения лазера в хирургии: обзорная статья

J Lasers Med Sci. Осень 2019; 10 (Дополнение 1): S104 – S111.

Ensieh Khalkhal

¹ Исследовательский центр протеомики, факультет парамедицинских наук, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

Маджид Резаи-Тавирани

² Медицинский факультет Иранского университета медицинских наук, Тегеран, Иран

Мохаммад Реза Зали

³ Исследовательский центр гастроэнтерологии и заболеваний печени, Научно-исследовательский институт гастроэнтерологии и заболеваний печени, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

Захра Акбари

⁴ Применение лазера в Исследовательском центре медицинских наук, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

¹ Исследовательский центр протеомики, факультет парамедицинских наук, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

² Медицинский факультет Иранского университета медицинских наук, Тегеран, Иран

³ Исследовательский центр гастроэнтерологии и заболеваний печени, Научно-исследовательский институт гастроэнтерологии и заболеваний печени, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

⁴ Применение лазера в Исследовательском центре медицинских наук, Университет медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

^* Переписка на Маджид Резаи-Тавирани, больница Фирозабади, Фадаяне-Эслам, район 20, провинция Тегеран, Тегеран. Тел. + 98 021 5104 8000; Электронная почта: moc.oohay@m_inarivatЭта статья цитируется другими статьями в PMC.

Реферат

Есть несколько видов хирургических вмешательств, в которых в операционной используются лазеры. Хирурги используют лазеры в общей хирургии или хирургии для разрезания, коагуляции и удаления тканей. В современной медицине применение лазерной терапии является привлекательной темой из-за ее минимально инвазивного воздействия. Сегодня лазеры широко используются для лечения и диагностики многих заболеваний, таких как различные виды рака, литотрипсии, офтальмологии, а также дерматологии и косметических процедур.В зависимости от типа лазеров, длины волны и системы доставки большинство лазеров заменили обычные хирургические инструменты для улучшения результатов заживления ран. Со временем с использованием множества различных инструментов и устройств были созданы новые лазеры; в результате они используются в широком спектре медицинских особых случаев. В этом обзоре исследуются применение лазера в хирургии и его положительные эффекты по сравнению с предыдущими операциями с целью предоставления соответствующих терапевтических и неинвазивных решений с минимальными побочными эффектами после операции.

Ключевые слова: Хирургия, лазер, пособие

Введение

Лазерная хирургия — это разновидность хирургии, при которой мощность лазерного луча используется для получения бескровных разрезов в ткани или устранения поверхностного поражения, такого как опухоль кожи. Сегодня наблюдается повышенный интерес к малоинвазивной хирургии. ¹ В других областях хирургии были усовершенствованы методы, при которых разрезы меньшего размера или не требуются. Есть много типов лазеров, которые различаются по длине волны излучаемого света, а также по их мощности и способности образовывать сгустки, разрезать или испарять ткани.Лазеры используются для облегчения кровотечения или обструкции при некоторых заболеваниях. Лазеры применяются для уменьшения или разрушения и устранения полипов толстой кишки и опухолей, имеющих кишечную или желудочную непроходимость. Иногда лазерная терапия используется отдельно, но часто она связана с хирургическим вмешательством, химиотерапией или лучевой терапией. Лазеры могут закрывать нервные окончания, чтобы уменьшить послеоперационную боль, и закрывать лимфатические сосуды, чтобы уменьшить отек и рост опухолевых клеток. ²

Как показано в, среди обычно используемых лазеров находятся лазер на иттриево-алюминиевом гранате, легированный эрбием, ( Er: YAG), лазер ³ , диодный лазер, аргоновый лазер, иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом (Nd : YAG) твердотельный лазер, ⁴ и CO2-газовый лазер. ⁵ Эти лазеры проникают в ткани только на небольших расстояниях и позволяют делать тонкие и точные разрезы в хирургии. Лазерная технология была представлена ​​нейрохирургическому сообществу австрийским нейрохирургом в 1976 году.

Таблица 1

Различные типы лазеров, используемых в хирургии

Лазеры используются в хирургических или бесконтактных хирургических операциях. В первом случае лазерное излучение нагревает специальный хирургический наконечник, который, в свою очередь, используется для иссечения тканей за счет теплопроводности. Для этого метода работы подходят диодные лазеры. В качестве альтернативы, в бесконтактном режиме длина волны лазерного источника выбирается для использования большого количества воды в большинстве мягких тканей. Для этого метода работы подходят волоконные лазеры, легированные тулием, волоконные лазеры, легированные эрбием, и гибридные лазеры среднего ИК-диапазона. ⁶ Несколько систем лазеров изучаются в некоторых областях медицины, таких как лечение рака и удаление опухолей, операции на головном мозге, эпилепсия, кардиология и фибрилляция предсердий, литотрипсия, дерматология, омоложение кожи и липолиз (см.).Энергия лазера — безопасный и эффективный инструмент для лечения различных видов рака и абляции аномальных проводящих путей, для многих реконструктивных процедур и косметических процедур. ⁷ В связи с достижениями в применении лазера в хирургии и его полезными свойствами, в этом обзоре планируется раскрыть новый взгляд на использование лазера в хирургии.

Схематическое изображение применения лазера в хирургии.

Методы

«Лазер», «хирургия» и «полезный» были основными ключевыми словами, которые искали в NCBI и Google Scholar.Заголовки на английском языке были изучены, и были отобраны подходящие рефераты. Наконец, был извлечен полный текст предполагаемых документов. Время поиска считалось 2019 годом.

Операция по лечению рака и удалению опухоли

Сегодня лазеры — это безопасные методы лечения различных видов рака в системах органов. Методы лазерной абляции успешно и широко используются для лечения поверхностного рака желудочно-кишечного тракта, такого как поверхностный рак пищевода и ранний рак желудка, колоректальная аденома и пищевод Барретта высокой степени злокачественности. ⁸ Лазерная фотодинамическая терапия — эффективное лечение определенных типов поражений рака легких. ⁹ Прямая лазерная абляция за счет фотохимических и фототермических эффектов используется для непосредственного уничтожения раковых клеток. Фотохимические реакции в конечном итоге производят токсичные радикалы и вызывают гибель тканей, вызывают нагрузку на ткань и фрагментацию, а также вызывают нагревание, свертывание крови и гибель клеток. ¹⁰ Почти столетие назад был разработан фотодинамический метод для более точного нацеливания на опухолевые клетки.Это лечение включает использование фотосинтетического препарата с последующим освещением желаемой области видимым светом, пропорциональным длине волны поглощения фотосинтетического препарата. ¹¹ Фотосинтезатор, который сначала формирует одно возбужденное состояние, а затем триплетное состояние, генерирует активные формы кислорода, которые разрушают неопластические клетки. ¹² В селективной фототермической терапии используются лучшие «светопоглощающие красители» для усиления лазерного разрушения опухолевых клеток. ¹³

Хирургия головного мозга

Хирургическое удаление — это первое лечение злокачественных опухолей головного мозга; затем проводится химиотерапия и лучевая терапия. Однако хирургия глиобластомы вызывает необратимые неврологические нарушения, но улучшает выживаемость по сравнению с химиотерапией и лучевой терапией. ¹⁴ Некоторые пациенты не становятся кандидатами на операцию из-за множественных сопутствующих заболеваний. Кроме того, наличие глубоких поражений, сопутствующие симптомы, низкие функциональные баллы и неспособность к общей анестезии считаются другими ограничениями при хирургическом удалении, поэтому выживаемость ограничена.Радиохирургия — это инвазивная чрескожная альтернатива лечению метастазов в головной мозг с низким риском и степенью местного контроля над метастатическими поражениями 80% -90%. ^14,15 Последние достижения в области лазерной интерстициальной термотерапии (ЛИТТ) повысили эффективность и безопасность этого метода. LITT — это инвазивная чрескожная процедура с низким уровнем риска, при которой световая энергия направляется через фибропатический катетер к ткани, что приводит к селективной термической абляции злокачественных и доброкачественных образований.

В 1983 году Баун описал LITT ¹⁶ , а Сугияма в 1990 году применил LITT при лечении поражений головного мозга. ¹⁷ LITT использует лазеры Nd: YAG, у которых есть специальный наконечник для создания и излучения света, который предотвращает карбонизацию тканей (поскольку детоксикация углерода предотвращает прохождение света через ткани). Используя МР-термометрию, можно контролировать дозировку и полученную температуру ткани. Во время операции МРТ в реальном времени создает карту живой температуры мозга. Это позволяет постоянно контролировать температуру тканей головного мозга и гарантирует, что повреждение, вызванное лазером, эффективно локализуется на опухоли и ограничивается здоровой тканью, окружающей опухоль.

LITT в основном используется в хирургии опухолей ¹⁸ и хронической боли ¹⁹ и является безопасной успокаивающей альтернативой злокачественной глиоме ^20,21 высокой степени и рецидивирующим метастатическим поражениям. ^22,23 LITT также используется для лечения многих поражений головного мозга, включая эпилепсию, ^24,25 лучевой некроз, ^26,27 и рефрактерный отек головного мозга ²⁸ и опухоли, такие как менингиома, эпендимома, примитивная нейроэктодермальная опухоль, хордома. , и гемангиобластома. ^20,29 LITT производит инвазивное удаление патологии мягких тканей с низким риском по сравнению с другими стереотаксическими процедурами, такими как радиочастотная термокоагуляция, гамма-нож и сфокусированный ультразвук. Кроме того, повреждение участков коры головного мозга при глубоких поражениях можно минимизировать и полностью предотвратить, а также возможно лечение эпилептических очагов вблизи разрозненных или даже критических участков головного мозга. Этот метод требует только небольшого разреза и прокола для направления лазерного волокна, поэтому лечение не требует трепанации черепа и считается минимально инвазивным.Процедура обычно длится 3-4 часа, и большинство пациентов выписываются на следующий день. ¹⁸

Хирургия эпилепсии

Фармакологическое лечение — один из терапевтических методов с эффективностью около 70% при лечении эпилепсии. ³⁰ Хирургия эпилепсии — эффективное и безопасное средство лечения симптоматической и фокальной эпилепсии. ^31,32

Хирургия эпилепсии имеет некоторые ограничения; например, глубокие цели могут быть достигнуты только путем удаления вышележащих тканей головного мозга, при этом наблюдаются стойкие неврологические и когнитивные нарушения и неблагоприятные последствия для послеоперационных исходов.В частности, это влияет на когнитивные результаты. ^33,34 Кроме того, пациенты с множественными очагами эпилепсии исключены из операции. Стереотаксические хирургические методы представляют собой инновационные решения и значительное расширение нейрохирургических инструментов. LITT — это инновационная процедура в области хирургии стереотаксической эпилепсии и важный инструмент нейрохирургического инструментария. Помимо других стереотаксических инновационных методов, таких как радиочастотная термокоагуляция, гамма-нож и внимательное ультразвуковое исследование, LITT производит инвазивное удаление патологии мягких тканей с низким риском, что особенно важно при резекции эпилепсии.В отличие от стандартных операций, трепанация черепа требует лишь небольшой трепанации. При доступе к глубоким поражениям можно полностью избежать или свести к минимуму повреждение корковых областей, и становится возможным лечение эпилептических очагов рядом с красноречивыми и даже критическими областями мозга. ³⁵

Сердечно-сосудистая хирургия

Ангиопластика, аортокоронарное шунтирование и прием лекарств — это подходы к лечению, которые улучшают и увеличивают кровоток через коронарные артерии. Когда эти терапевтические методы исчерпаны, у пациента нет альтернативы хирургическому вмешательству, за исключением ограниченных случаев трансплантации сердца.Без реальной альтернативы хирургическому вмешательству пациента обычно лечат терапевтическими препаратами, часто вместе со значительными ограничениями в образе жизни. Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация (TMLR), лазерный сосудистый анастомоз и лазерная ангиопластика при заболеваниях периферических артерий — это новые методы, улучшающие приток крови к областям сердца, которые не лечатся ангиопластикой или хирургическим вмешательством. В сердечно-сосудистой хирургии применение лазера очень редко во всем мире. ³⁶

TMLR выполняется как метод при ишемической болезни сердца с участками, которые нельзя обойти через небольшой разрез в левой части грудной клетки между ребрами (торакотомия) под общей анестезией с операцией коронарного шунтирования или самостоятельно.Это единственный метод лечения тяжелой стенокардии, который используется в качестве дополнительного метода коронарного шунтирования (АКШ). При TMLR лазер CO2 или Ho: YAG-лазер доставляется непосредственно в целевые области сердечной мышцы. ³⁷

При TMLR облегчение стенокардии более важно, чем максимальное медикаментозное лечение ишемической болезни сердца, которая не подвергается реваскуляризации. Комбинация АКШ с ТМЛР привела к улучшению симптомов и отсутствию дополнительного риска. Ангиогенез — возможный механизм, при котором TMLR получает пользу от взаимодействия с тканью.После TMLR наблюдались перфузия и сопутствующее улучшение функции миокарда. ^38,39 Использование зажимов или скоб в сосудистых анастомозах быстро работает, но вызывает большее повреждение сосудов, чем нормальные сосуды. Во многих случаях для сгибания ремней или зажимов требуется значительная сила. К недостаткам можно отнести высокую стоимость и ограниченный размер. Использование фибринового и цианоакрилатного клея очень просто и экономит время. Однако они требуют использования дополнительных швов для остановки образования аневризмы.Самое главное, что они вызывают анафилактические и аллергические реакции. Дополнительные люминесцентные кольца могут показаться уместными в кардиохирургии, но могут возникнуть трудности с регулировкой диаметра в сосудистой хирургии. Доступны лишь несколько диаметров колец. Низкая открытость — важный недостаток внутриматочных стентов для сосудистого анастомоза. ⁴⁰

При лазерном связывании энергия лазера изменяет белковую структуру ткани и, следовательно, восстанавливается путем сшивания белков.Основным недостатком ушитых анастомозов является реакция стенки сосуда на внешний материал наложенного шва. Эта внешняя реакция организма со стороны среды и интимы может вызвать гиперплазию миоинтимы. ⁴¹

Лазерный сосудистый анастомоз (LAVA) не требует более или менее оптимальных швов. При одновременном предотвращении теплового повреждения интерьера и окружающей среды, вызванного лазерной энергией, можно ожидать меньшей гиперактивности в месте анастомоза.В отличие от других вариантов диагональные несовпадения и токсические реакции в LAVA не вызывают проблем. Однако важен характер стенок сосуда. Идеальная однородность интимы по сравнению с интимой без складок. ⁴²

Лазерная ангиопластика с использованием аргонового лазера открывает непроходимый просвет артерии. Лазерная ангиопластика периферических артерий под местной анестезией выполняется в нижней части под ангиоскопическим контролем. Лазерная коронарная ангиопластика также выполняется одновременно с АКШ пациенту с коронарным стенозом. ^43,44 Клинически отличные долгосрочные результаты были получены при лазерной ангиопластике периферических артерий и коронарных артерий. С лазером не было никаких осложнений. Таким образом, подтверждена возможность применения лазера, и лазерная ангиопластика рекомендуется пациентам с атеросклеротическими изменениями, особенно для мелких сосудов. ⁴⁵ Голосование LAVA использовало различные лазеры, такие как Nd: YAG, диодный лазер и лазер CO ₂ . Эти лазеры используются вместе с различными типами белковых смесей, используемых в качестве сварных швов и / или красителей, для создания анастомоза с достаточной эффективностью, чтобы противостоять физиологическим изменениям артериального давления.

Катетер с лазерным баллоном, обычно эндоскопический метод абляции, используется для лечения фибрилляции предсердий. Диодный лазер с длиной волны 980 нм, расположенный в центральном просвете, выполняет абляцию. Энергия лазера излучается под углом 90 градусов к крышке стержня катетера и обеспечивает круговую абляцию вокруг каждой легочной вены. Оксид дейтерия не поглощает лазер, затем он проникает через ткань позади эндотелия, а молекулы воды поглощают его, вызывая тепловой шок и коагуляционный некроз.Доставленную энергию можно описать путем изменения мощности (до 5,5 Вт) на заданных уровнях. ⁴⁶ В зависимости от того, какая сердечная стенка поражена, уровни энергии меняются. ⁴⁷ Обычно для этой цели используются лазеры Nd: YAG. ⁴⁸

Сравнивая эффекты различных уровней энергии, некоторые исследования показывают, что использование более высоких уровней энергии увеличивает изоляцию легочных вен с более низкой частотой повторной фибрилляции предсердий и без ущерба для безопасности. ^49,50 Недавно были клинически выполнены эндоваскулярные вмешательства, такие как атерэктомия и баллонная ангиопластика, для лечения периферических атероматозных бляшек и коронарных артерий.

Лазерная литотрипсия

Лазерная литотрипсия — общепринятый метод дробления мочевых и желчных камней. ⁵¹ Лазеры с фотохимическим устройством могут выполнять литотрипсию и фототермический эффект. Зеленый свет с длиной волны 504 нм производится и поглощается в основном желтыми мочевыми камнями.Его можно безопасно использовать, не повреждая окружающие ткани. ^3,52,53 Этот камень поглощает энергию через лазер; возбужденные ионы могут накапливаться вокруг камня, создавая ударную волну, чтобы разбить камень на фрагменты. ⁵⁴ Этот лазер неэффективен против бесцветных и неабсорбируемых соединений, таких как те, которые состоят из цистеина, поэтому фотосинтетические сенсоры успешно используются в качестве ирригационных и абсорбирующих жидкостей для инициирования процесса фрагментации. ⁵⁵ Nd: YAG-лазер с модуляцией добротности использует этот механизм для выполнения литотрипсии и генерации более мощной ударной волны. ⁵⁶ Длинноимпульсный гольмиевый: YAG-лазер, излучающий свет с длиной волны 2100 нм с экстремальным поглощением водой, в основном использует фототермический процесс для разрушения камней. ⁵⁷ Периферийная жидкость нагревается после поглощения энергии. Некоторые создаваемый пар отделяется от воды и вызывает фрагментацию. ³ Ho: YAG-лазерная литотрипсия — наиболее эффективный эндоскопический метод лечения камней мочеточника с более высокими показателями фрагментации камней по сравнению с пневматической литотрипсией.Кроме того, он безопасен, эффективен и работает более желательно, чем другие методы. Кроме того, он используется для дробления желчных камней. ^58,59

Хирургия катаракты

Офтальмология находится во главе использования лазеров, и типы лазеров используются более 50 лет. ⁶⁰ Офтальмологические лазеры работают с определенной заданной длиной волны, энергией, длительностью, шаблоном импульсов, размером пятна и частотой повторения. Это позволяет фотонам входить в фазу когерентного и монохроматического лазерного луча, чтобы достичь одинакового места и одинакового времени в целевой ткани.Следовательно, изменение этих параметров приводит к различному поглощению в разных тканях на разной глубине и к биологическим эффектам, и любая проблема внутри глаза решается с помощью лазера. Многие лазеры используют молекулярную вибрацию, которая вызывает локальные тепловые эффекты, такие как фотокоагуляция (например, аргоновый лазер). Другие лазеры, такие как эксимерные лазеры, используются для визуализации, а другие, такие как лазеры на Nd: YAG, применяются в рефракционной хирургии оптическими методами. ^61-64

Лазерная хирургия обычно применяется для коррекции зрения на близорукость и дальнозоркость.Хирургия катаракты с помощью фемтосекундного лазера (FSL) очень популярна из-за ее лучшей предсказуемости и стабильности для разрезов роговицы и исхода переднего капсулорексиса. Эти результаты впоследствии сокращают время и энергию факоэмульсификации, что сопровождается уменьшением отека роговицы. FSL позволяет улучшить кровообращение при перекрытии капсул, передней капсулотомии, установке интраокулярных линз (ИОЛ) и центральной ИОЛ. Все эти преимущества в краткосрочной перспективе способствуют улучшению рефракционных и зрительных свойств глаза.Частота осложнений низка и снижается благодаря опыту хирурга. ⁶⁵

Эндоскопическая желудочно-кишечная хирургия

Первые применения эндоскопических лазеров на людях были в начале 1970-х годов после разработки гибких волокон для передачи лазерной энергии. Кажется, что минимальные риски привели к его применению в желудочно-кишечном тракте. Эффект лазерной коагуляции на желудочно-кишечные кровотечения и лечение небольших доброкачественных поражений слизистой оболочки, а также положительное воздействие лазера Nd: YAG на ткани делают лазеры полезными в успокаивающем лечении злокачественных желудочно-кишечных расстройств и при лечении разрезов при анатомических поражениях, таких как стеноз. или кисты.Новые лазерные методы, которые могут быть настроены на широкий диапазон электромагнитного спектра, новые оптоволоконные системы передачи со специальными наконечниками и новые методы определения ткани для лазерной энергии предполагают, что эндоскопические лазеры следует продолжать использовать в качестве инновационного приложения. ^1,66

Эндоскопия обнаруживает опухоли желудочно-кишечного тракта на ранней стадии, но достижение менее инвазивного метода диагностики является целью медицины. Лазеры можно использовать как менее инвазивный метод диагностики желудочно-кишечного тракта. ⁶⁷

Тепловой лазер — это инструмент, предназначенный для помощи при эндоскопии рака желудочно-кишечного тракта на поздней стадии. Интерстициальная лазерная фотокоагуляция эффективна при лечении метастазов в печени. Наиболее важными новыми применениями лазеров в желудочно-кишечном тракте являются фотодинамическая терапия, особенно лечение эндоскопической дисплазии и небольших опухолей желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы. «Оптические» методы на основе света делают возможным точное и быстрое обнаружение.Современные методы находятся на ранних стадиях клинических испытаний, но если они будут успешными, оптическое обнаружение может сыграть решающую роль в работе желудочно-кишечного тракта. ⁶⁸

Хирургия полости рта

Последние разработки в области лазерных технологий расширили клиническое использование лазеров в стоматологии, а также в косметических операциях на ротовой полости и лице. CO ₂ , Er: YAG, Diode и Nd: YAG — распространенные лазеры, которые используются в хирургических операциях на полости рта. Также при проведении процедур дезинфекции и заживления применяются низкоуровневые лазеры.Слизистая оболочка полости рта, доброкачественные новообразования в полости рта, рак полости рта и эксцизионная биопсия — это ряд заболеваний полости рта, которые лечатся с помощью лазерных технологий. Лечение пациентов с поражением слизистой оболочки полости рта представляет собой терапевтическую проблему. Лазерная терапия кажется эффективным альтернативным лечением для облегчения симптомов заболеваний. ⁶⁹

Дерматология, липолиз и реконструктивная хирургия

Специфические свойства лазеров в структурах-мишенях и слоях тканей сделали их важным методом реконструктивной хирургии и лечения против старения путем создания новых систем образования коллагена с использованием лазеров CO ₂ и Er: YAG для нацеливания на определенные участки дермы.Эти системы значительно разрушают эпидермис и вызывают такие побочные эффекты, как инфекция и эритема. Лазеры без возбуждения, такие как Nd: YAG и диоды, излучаемые в основном инфракрасным светом, лучше всего подходят для решения этих проблем. Эти системы нацелены на воду в дерме, которая нагревает коллаген в процессе и заставляет его регенерировать. ⁷⁰ Система, которая охлаждает эпидермис, предотвращает испарение воды и, как следствие, образование внешних рубцов. ⁷¹

Лазерный липолиз становится все более популярным методом косметической хирургии, в котором используется оптическое волокно, поскольку меньшая канюля дает меньшие разрезы, что приводит к меньшему кровотечению и меньшему образованию рубцов.Лазеры с длиной волны 920 нм имеют самый низкий коэффициент поглощения в жировой ткани и поэтому проникают в более глубокие слои ткани, но лазеры с длиной волны в диапазоне 1320-1444 нм имеют самый высокий коэффициент поглощения в жировой ткани и, таким образом, обеспечивают большее проникновение. . ⁷⁰ Nd: YAG-лазеры более широко используются в липолизе, потому что применение этих типов лазеров изменяет поглощение энергии и среднюю температуру на разную величину коэффициента поглощения жира по сравнению с другими тканями.В этом методе; Сообщается о меньшем повреждении тканей, а также коагуляции мелких кровеносных сосудов ⁷¹ и значительном уменьшении кровопотери (54%) по сравнению с традиционными методами. ⁷²

Способность лазеров избирательно воздействовать на патологические сосуды делает их основным источником для лечения сосудистых дефектов (например, пятен от портвейна). До лазерного лечения было не так много методов лечения этих аномалий. В настоящее время для этой цели используются лазеры, которые предпочтительно поглощаются гемоглобином, а не меланином, и травма слегка проникает в эпидермис.Недавно были представлены лазеры с большей длиной волны и их способность проникать глубже в ткани. ^73-75

Заключение

Результаты настоящего обзора показывают, что лазерная хирургия широко распространена в медицине. Этот подход связан с меньшим кровотечением, коротким временем восстановления после операции и меньшими побочными эффектами. Высокая стоимость и ее зависимость от хирурга-специалиста, применение подходящей настройки лазера, а также поиск стандартных лазерных устройств — одни из значительных трудностей при использовании лазера в хирургии.

Этические соображения

Непригодный.

Конфликт интересов

Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов.

Банкноты

Цитируйте эту статью следующим образом: Халкхал Э., Резаи-Тавирани М., Зали М.Р., Акбари З. Оценка применения лазера в хирургии: обзорная статья. J Lasers Med Sci . 2019; 10 (приложение 1): S104-S111. DOI: 10.15171 / jlms.2019.S18.

Ссылки

1. Хантер Дж. Г., Бауэрс Дж. Х., Берт Р. У., Салливан Дж. Дж., Стивенс С. Л., Диксон Дж. А..Лазеры в эндоскопической хирургии желудочно-кишечного тракта. Am J Surg. 1984. 148 (6): 736–41. DOI: 10.1016 / 0002-9610 (84) -6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2. Уилкинсон JM, Cozine EW, Хан АР, Кан АР. Рефракционная хирургия глаза: помощь пациентам в принятии обоснованных решений о LASIK. Я семейный врач. 2017; 95 (10): 637–44. [PubMed] [Google Scholar] 3. Адамс DH. Гольмиевый: YAG-лазер и импульсный лазер на красителях: сравнение затрат. Лазеры Surg Med. 1997. 21 (1): 29–31. DOI: 10.1002 / (sici) 1096-9101 (1997) 21: 1 <29 :: aidlsm5> 3.0.co; 2- #. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Halldórsson TH, Rother W, Langerholc J, Frank FJ. Теоретические и экспериментальные исследования доказывают безопасность лечения лазером Nd: YAG. Лазеры Surg Med. 1981; 1 (3): 253–62. DOI: 10.1002 / LSM.1

0309. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Жареный Н.М., Ирби ПБ. Достижения в лазерной технологии и волоконно-оптических системах доставки в литотрипсии. Нат Рев Урол. 2018; 15 (9): 563–73. DOI: 10.1038 / s41585-018-0035-8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7. Паркер С. Проверяемая статья CPD: Введение, история лазеров и производства лазерных лучей.Бр Дент Дж. 2007; 202 (1): 21–31. DOI: 10.1038 / bdj.2006.113. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Мугурума Н., Окамото К., Кимура Т., Киши К., Окахиса Т., Окамура С. и др. Эндоскопическая абляционная терапия при поверхностных новообразованиях желудочно-кишечного тракта. Dig Endosc. 2012. 24 (3): 139–49. DOI: 10.1111 / j.1443-1661.2011.01227.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Икеда Н., Усуда Дж., Като Х., Ишизуми Т., Ичиносе С., Отани К. и др. Новые аспекты фотодинамической терапии рака легкого на ранней стадии центрального типа. Лазеры Surg Med.2011. 43 (7): 749–54. DOI: 10.1002 / lsm.21091. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Томсен С. Патологический анализ фототермических и фотомеханических эффектов взаимодействия лазера с тканью. Photochem Photobiol. 1991. 53 (6): 825–35. DOI: 10.1111 / j.1751-1097.1991.tb09897.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Мроз П, Ярославский А, Харквал ГБ, Хамблин МР. Пути гибели клеток в фотодинамической терапии рака. Раки (Базель) 2011; 3 (2): 2516–39. DOI: 10.3390 / Cancers3022516. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13.Чен В.Р., Адамс Р.Л., Хитон С., Дики Д.Т., Бартельс К.Е., Нордквист Р.Э. Фототермическое взаимодействие между лазером и опухолевой тканью, усиленным хромофором, с использованием диодного лазера с длиной волны 808 нм. Раковый латыш. 1995. 88 (1): 15–9. DOI: 10.1016 / 0304-3835 (94) 03609-м. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Лоффлер Дж. С., Баркер Ф. Г., Чепмен PH. Роль радиохирургии в лечении метастазов в центральной нервной системе. Cancer Chemother Pharmacol. 1999; 43 (1): S11 – S4. DOI: 10.1007 / s002800051092. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Mondschein J, Kahn E, Chakravarthy A, Cmelak A, Sosman J, Thompson R.и другие. Стереотаксическая радиохирургия плюс лучевая терапия всего мозга против одной только стереотаксической радиохирургии в лечении метастазов в головной мозг от злокачественной меланомы. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2010; 78 (3): S262 – S3. [Google Scholar] 17. Сугияма К., Сакаи Т., Фудзисима И., Рю Х., Уэмура К., Йокояма Т. Стереотаксическая интерстициальная лазерная гипертермия с использованием лазера Nd-YAG. Стереотактная функция Нейрохирургия. 1990; 54 (1-8): 501-5. DOI: 10,1159 / 000100263. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Медвид Р., Руиз А., Комотар Р. Дж., Джагид Дж., Иван М., Квенсер Р.и другие. Современные применения лазерной интерстициальной термотерапии под контролем МРТ в лечении новообразований головного мозга и эпилепсии: радиологический и нейрохирургический обзор. AJNR Am J Neuroradiol. 2015; 36 (11): 1998–2006. DOI: 10.3174 / ajnr.A4362. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Патель П., Патель Н. В., Датский SF. Внутричерепная лазерно-индуцированная термотерапия под МРТ: одноцентровое использование системы термотерапии Visualase. J Neurosurg. 2016; 125 (4): 853–60. DOI: 10,3171 / 2015.7.JNS15244. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Mohammadi AM, Schroeder JL. Лазерная интерстициальная термотерапия в лечении опухолей головного мозга — система NeuroBlate. Эксперт Rev Med Devices. 2014; 11 (2): 109–19. DOI: 10.1586 / 17434440.2014.882225. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Jethwa PR, Barrese JC, Gowda A, Shetty A, датский SF. Лазерно-индуцированная термотерапия внутричерепных новообразований под контролем магнитно-резонансной термометрии: первый опыт. Нейрохирургия. 2012. 71 (1): 133–45. DOI: 10.1227 / NEU.0b013e31826101d4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Карпентье А., Макниколс Р.Дж., Стаффорд Р.Дж., Гишард Дж. П., Рейзин Д., Делалог С. и др. Лазерная термотерапия: процедуры в режиме реального времени под контролем МРТ и компьютерным управлением при метастатических опухолях головного мозга. Лазеры Surg Med. 2011; 43 (10): 943–50. DOI: 10.1002 / lsm.21138. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Schulze P, Vitzthum H, Goldammer A, Schneider J, Schober R. Лазерная термотерапия опухолевых поражений в тканях, лежащих в основе головного мозга, мониторинг МРТ и клиническая применимость.Acta Neurochir (Вена) 2004; 146 (8): 803–12. DOI: 10.1007 / s00701-004-0293-5. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Хавасли А.Х., Рэй В.З., Мерфи Р.К., Дейси-младший Р.Г., Лойтхардт ЕС. Фокусированная лазерная интерстициальная термотерапия под контролем магнитно-резонансной томографии для субинсулярной метастатической аденокарциномы: отчет о техническом случае. Нейрохирургия. 2011; 70 (2): 332–7. DOI: 10.1227 / NEU.0b013e318232fc90. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25. Вилли Дж. Т., Лакспати Н. Г., Дрейн Д. Л., Гауда А., Аппин С., Хао С. и др. Магнитно-резонансная стереотаксическая лазерная амигдалогиппокампотомия в режиме реального времени при мезиальной височной эпилепсии.Нейрохирургия. 2014. 74 (6): 569–85. DOI: 10.1227 / NEU.0000000000000343. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Торрес-Реверон Дж., Томашевич ХК, Шетти А., Аманкулор Н.М., Чианг В.Л. Стереотаксическая лазерно-индуцированная термотерапия (LITT): новый метод лечения поражений головного мозга, возобновляющихся после радиохирургии. J Neurooncol. 2013. 113 (3): 495–503. DOI: 10.1007 / s11060-013-1142-2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Рахматулла Дж., Ресинос П. Ф., Валерио Дж. Э., Чао С., Барнетт Г. Х. Лазерная интерстициальная термотерапия очагового лучевого некроза головного мозга: клинический случай и обзор литературы.Стереотактная функция Нейрохирургия. 2012; 90 (3): 192–200. DOI: 10,1159 / 000338251. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Фабиано А.Дж., Альберико РА. Лазерно-интерстициальная термотерапия при рефрактерном отеке мозга из-за пострадиохирургических метастазов. World Neurosurg. 2014; 81 (3-4): 652 e1–4. DOI: 10.1016 / j.wneu.2013.10.034. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Jethwa PR, Ли Дж. Х., Ассина Р., Келлер И. А., Датский Сан-Франциско. Лечение примитивной супратенториальной нейроэктодермальной опухоли с помощью лазерно-индуцированной термотерапии под магнитным резонансом.J Neurosurg Pediatr. 2011; 8 (5): 468–75. DOI: 10.3171 / 2011.8.PEDS11148. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Кван П., Броди MJ. Раннее выявление рефрактерной эпилепсии. N Engl J Med. 2000. 342 (5): 314–9. DOI: 10.1056 / NEJM200002033420503. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. Лю С.Ю., Ян XL, Чен Б., Хоу З., Ань Н, Ян М.Х. и другие. Клинические результаты и качество жизни после хирургического лечения рефрактерной эпилепсии: систематический обзор и метаанализ. Медицина (Балтимор) 2015; 94 (6): e500.DOI: 10.1097 / MD.0000000000000500. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Матон Б., Ульвин Л. Б., Адам С., Баулак М., Дюпон С., Наварро В. и др. Хирургическое лечение мезиальной височной эпилепсии, связанной со склерозом гиппокампа. Rev Neurol (Париж) 2015; 171 (3): 315–25. DOI: 10.1016 / j.neurol.2015.01.561. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Helmstaedter C, Van Roost D, Clusmann H, Urbach H, Elger C, Schramm J. Коллатеральное повреждение головного мозга, потенциальный источник когнитивных нарушений после селективной операции по контролю мезиальной височной эпилепсии.J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2004. 75 (2): 323–6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 34. Helmstaedter C, Richter S, Röske S, Oltmanns F, Schramm J, Lehmann TN. Дифференциальные эффекты резекции височного полюса с амигдалогиппокампэктомией по сравнению с селективной амигдалогиппокампэктомией на материально-специфическую память у пациентов с мезиальной височной эпилепсией. Эпилепсия. 2008. 49 (1): 88–97. DOI: 10.1111 / j.1528-1167.2007.01386.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Хоппе С., Витт Дж.А., Хельмштадтер С., Гассер Т., Ваттер Х., Элгер К.Э.Лазерная интерстициальная термотерапия (LiTT) в хирургии эпилепсии. Захват. 2017; 48: 45–52. DOI: 10.1016 / j.seizure.2017.04.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 36. Окада М., Йошида М., Цудзи Ю., Хори Х. Клиническое применение лазерного лечения в сердечно-сосудистой хирургии. Laser Ther. 2011; 20 (3): 217–32. DOI: 10.5978 / islsm.20.217. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Mirhoseini M, Shelgikar S, Cayton MM. Новые концепции реваскуляризации миокарда. Ann Thorac Surg. 1988. 45 (4): 415–20.DOI: 10,1016 / s0003-4975 (98)

0203. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 57. Чан KF, Vassar GJ, Pfefer TJ, Teichman JM, Glickman RD, Weintraub ST. и другие. Гольмиевая лазерная литотрипсия: YAG: доминирующий механизм фототермической абляции с химическим разложением мочевых камней. Лазеры Surg Med. 1999. 25 (1): 22–37. DOI: 10.1002 / (sici) 1096-9101 (1999) 25: 1 <22 :: aid-lsm4> 3.0.co; 2-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 58. Чимино С., Фавилла В, Руссо Г.И., Сайта А., Сортино Дж., Кастелли Т.и другие. Пневматическая литотрипсия в сравнении с лазерной литотрипсией с гольмием: YAG для лечения одиночных камней мочеточника: проспективное слепое исследование. Urol Int. 2014; 92 (4): 468–72. DOI: 10,1159 / 000355828. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 59. Teichman JM. Лазерная литотрипсия. Curr Opin Urol. 2002. 12 (4): 305–9. DOI: 10.1097 / 00042307-200207000-00008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 61. Бресслер Н.М., Бек Р.В., Феррис Флорида 3-й. Панретинальная фотокоагуляция при пролиферативной диабетической ретинопатии. N Engl J Med.2011. 365 (16): 1520–6. DOI: 10.1056 / NEJMct0

2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 62. Макэлинден К., Мур Дж. Э. Изменение внутренних аберраций после миопической лазерной рефракционной хирургии роговицы. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2011; 249 (5): 775–81. DOI: 10.1007 / s00417-010-1459-х. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 63. McAlinden C, Moore J. Повторное лечение субэпителиальной кератэктомии с помощью лазера. J Cataract Refract Surg. 2011. 37 (2): 358–63. DOI: 10.1016 / j.jcrs.2010.11.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 64.Weiblinger RP. Обзор клинической литературы по использованию Nd: YAG-лазера для задней капсулотомии. J Cataract Refract Surg. 1986. 12 (2): 162–70. DOI: 10,1016 / s0886-3350 (86) 80034-7. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 65. Дональдсон К.Э., Брага-Меле Р., Кэбот Ф., Дэвидсон Р., Дхаливал Д.К., Гамильтон Р. и др. Фемтосекундная лазерная хирургия катаракты. J Cataract Refract Surg. 2013. 39 (11): 1753–63. DOI: 10.1016 / j.jcrs.2013.09.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 66. Берр Ф., Видманн М., Таннапфель А., Хальм У., Колхоу К. Р., Шмидт Ф.и другие. Фотодинамическая терапия при распространенном раке желчных протоков: данные об улучшении паллиативной терапии и увеличении выживаемости. Гепатология. 2000. 31 (2): 291–8. DOI: 10.1002 / hep.510310205. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 67. Ловат Л.Б., Мату Н., Торп С.М., Гертнер Д., Сарджант И.Р., Уинслет М.К. и другие. 7048 Саморасширяющиеся металлические стенты далеко не идеальны для облегчения дисфагии. Gastrointest Endosc. 2000; 51 (4): AB254. DOI: 10.1016 / S0016-5107 (00) 14719-4. [CrossRef] [Google Scholar] 68. Баун С.Г., Ловать Л.Б. Биология фотодинамической терапии желудочно-кишечного тракта.Gastrointest Endosc Clin N Am. 2000. 10 (3): 533–50. DOI: 10.1016 / S1052-5157 (18) 30121-1. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 70. Майдабади А., Абазари М. Изучение взаимодействия лазера с тканью методом Монте-Карло для лазера на иттрий-алюминиевом гранате (Nd: YAG) с длиной волны 1064 нм. J Lasers Med Sci. 2015; 6 (1): 22–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 71. Lukac M, Vizintin Z, Zabkar J, Pirnat S. Импульсный лазерный липолиз Nd: YAG 1064 нм QCW. Журнал Академии лазера и здоровья. 2009. 4 (1): 24–34.[Google Scholar] 72. Абделаал М.М., Абоелатта Я. Сравнение кровопотери при лазерном липолизе и традиционной липосакции. Эстет Сург Дж. 2014; 34 (6): 907–12. DOI: 10.1177 / 10

X14536904. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 73. Ву ЕС, Вонг Б.Дж. Лазеры и оптические технологии в пластической хирургии лица. Arch Facial Plast Surg. 2008. 10 (6): 381–90. DOI: 10.1001 / archfaci.10.6.381. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 74. Келли К.М., Чой Б., Макфарлейн С., Мотосуэ А., Юнг Б., Хан М.Х. и другие. Описание и анализ методов лечения родимых пятен портвейна.Arch Facial Plast Surg. 2005. 7 (5): 287–94. DOI: 10.1001 / archfaci.7.5.287. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 75. Faurschou A, Olesen AB, Leonardi-Bee J, Haedersdal M. Лазеры или источники света для удаления винных пятен. Кокрановская база данных Syst Rev.2011; 9 (11): CD007152. DOI: 10.1002 / 14651858.CD007152.pub2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

7 лучших применений лазеров в производстве

Лазеры сегодня являются одним из наиболее широко используемых инструментов в производстве, особенно в аддитивном производстве и в Индустрии 4.0 позволяют инженерам создавать более сложные функции и конструкции продуктов, требующие жестких допусков. Лазерная обработка может создавать мелкие детали, которые сложно или невозможно сделать с использованием традиционного обрабатывающего оборудования. Лазерная резка очень чистая, без заусенцев или теплового воздействия на окружающий материал, что устраняет необходимость в некоторых дополнительных этапах чистовой обработки. Лазерные процессы становятся все более популярными производственными технологиями для производителей медицинского оборудования, поскольку они создают более мелкие и современные продукты.

Ниже приведены семь основных применений лазеров в производстве.

1. Лазерная маркировка

Лазеры все чаще используются для нанесения уникальных идентификационных номеров (UID) на детали и изделия, что позволяет легко их отследить в случае отзыва. Лазерная маркировка очень долговечна и может выдерживать множество циклов стерилизации для медицинских устройств. На изделиях с плоской или изогнутой геометрией можно наносить лазерную маркировку как на удобочитаемую информацию, так и на штрих-код, включая коды партий и партий и даже истории проектирования.

2. Текстурирование поверхности

Лазеры могут создавать текстуры или узорчатые микроструктуры на поверхностях компонентов или продуктов, которые улучшают физические характеристики, такие как скорость износа, сцепление, оптические свойства и грузоподъемность. Лазерное микротекстурирование может создать шероховатость на медицинских имплантатах, что облегчит закрепление новой ткани или кости и их прорастание в новый имплант. Узоры с элементами размером до 10 мкм можно создавать с очень высоким разрешением по глубине.

Рекомендуем вам: 9 открытий материалов, которые могут изменить производство

3.Лазерная абляция

Этот метод субтрактивной обработки по существу испаряет материал с большой точностью с помощью лазерного луча. Длина импульса, длина волны и интенсивность регулируются в зависимости от обрабатываемого материала. Абляция особенно полезна для обработки чувствительных материалов, таких как наноматериалы или сверхпроводящие материалы, поскольку бесконтактный метод не изменяет структуру материала и не повреждает его поверхность истиранием или нагревом.

4. Лазерное сверление

Лазеры
невероятно точны при сверлении отверстий микронного размера в широком спектре материалов, включая металлы, полимеры и керамику.«Многие из производимых сегодня деталей требуют микроскопических деталей, которые могут быть созданы только с помощью лазерного сверления», — сказал Мэтт Ниппер, директор по разработке продукции Laser Light Technologies. «Очень маленькие, сложные элементы могут быть изготовлены из различных материалов с помощью таких методов, как прямая запись, трепанирование и проецирование маски без теплового воздействия или материального ущерба».

5. Лазерная резка

Подобно лазерному сверлению, лазерная резка основана на использовании сфокусированного лазерного луча для абляции материала, прямого реза или вырезания рисунков до очень точной глубины в материале или компоненте.Сверхбыстрые лазеры обычно используются для различных типов металлов и полимеров, поскольку они режут чистые края и не создают зон термического влияния. Лазеры могут резать широкий спектр материалов, включая алюминий, титан и сталь, с допусками микронного уровня.

Вам также могут понравиться: 8 способов, которыми 3D-печать помогает в борьбе с коронавирусом

6. Лазерная сварка

Этот процесс особенно эффективен для продуктов со сложной геометрией или из разнородных материалов, которые трудно соединить вместе.В зависимости от продукта лазерная сварка может быть лучшим способом соединения по сравнению со склеиванием или пайкой, особенно для соединения металлов и пластмасс. Он также создает прочные и высокоточные сварные швы размером от 0,004 дюйма, обеспечивающие стабильное качество.

7. Зачистка проводов

Зачистка проводов удаляет участки изоляции или экранирования с проводов и кабелей, чтобы обеспечить точки электрического контакта и подготовить провод к заделке. «Лазерное снятие изоляции с проволоки — это быстрый процесс, обеспечивающий превосходную точность и контроль процесса, а также исключающий контакт с проволокой, что позволяет обрабатывать тонкие проволоки калибра более 32 AWG», — сказал Ниппер.«Изоляцию можно удалить с точностью до 0,005 дюйма. Зачистку можно запрограммировать на удаление изоляции в любой точке провода, что обеспечивает высокоточное снятие промежуточных пролетов ».

Новые лазерные приложения

Лазеры — это ключевое оборудование для Индустрии 4.0. Ведутся исследования, как более эффективно использовать их в производственных процессах, в том числе на более высоких скоростях. Например, в 2018 году Национальный институт стандартов и технологий (NIST) создал лазер, который генерирует импульсы в 100 раз быстрее, чем обычные сверхбыстрые лазеры (длительность импульсов составляет квадриллионную долю секунды).Ученые в Германии экспериментируют с интеграцией крошечных лазеров непосредственно в кремниевые чипы для увеличения скорости обработки.

Еще одна область исследований — использование искусственного интеллекта (ИИ) для создания интеллектуальных лазеров, которые «понимают» обрабатываемый материал и время его завершения. Немецкий производитель оборудования STrumpf разрабатывает лазерную систему, которая использует искусственный интеллект для определения лучших точек сварки для создания медных катушек для автомобильной промышленности. По мере того, как все больше компаний используют Индустрию 4.0, включая искусственный интеллект, сенсорные технологии и аддитивное производство, лазеры будут играть все более важную роль в современном производстве.

Марк Кроуфорд — технический писатель из Корралеса, Нью-Мексико.

Применение терапевтического лазера — Биомедицинская оптика (BMO) — Оптическое общество (OSA)

Предстоящее событие

Техническая группа OSA по терапевтическому лазерному применению Специальный доклад: прослушивание звуков света для проведения хирургических операций

Когда: 14 апреля 2021 г., 14:00 — 15:00 по тихоокеанскому времени (UTC -7: 00)

Присоединяйтесь к нам на Конгрессе OSA по биофотонике, и Муйинату Белл, основательница и директор лаборатории фотоакустических и ультразвуковых систем (PULSE) в Университете Джона Хопкинса, расскажет о своей работе в области фотоакустической хирургии.

Фотоакустическая визуализация предлагает «рентгеновское зрение», позволяющее видеть за пределами наконечников инструментов и под тканями во время хирургических процедур, при этом ионизирующие рентгеновские лучи не требуются. Вместо этого оптические волокна и акустические приемники позволяют фотоакустическому зондированию основных структур, таких как кровеносные сосуды и нервы, которые в противном случае скрыты от глаз. Весь процесс инициируется доставкой лазерных импульсов через оптические волокна для освещения интересующих областей, вызывая акустический отклик, который можно обнаружить с помощью ультразвуковых преобразователей.Затем применяется формирование луча для создания фотоакустического изображения. В докладе д-ра Белла будут освещены новые системы доставки света, новая теория формирования луча с пространственной когерентностью, методы глубокого обучения, альтернативные формированию луча, и методы роботизированной интеграции, каждый из которых был впервые разработан лабораторией PULSE, чтобы открыть захватывающий новый рубеж хирургии под фотоакустическим контролем. Эта новая парадигма может устранить возникновение серьезных осложнений во время широкого спектра сложных операций и процедур, включая нейрохирургию, вмешательства с использованием сердечного катетера, операцию на печени, операцию слияния позвоночника, гистерэктомию, биопсию и телеоперационные роботизированные операции.

О нашем спикере:

Муйинату Белл — доцент кафедры электротехники, вычислительной техники, биомедицинской инженерии и компьютерных наук Университета Джонса Хопкинса, где она основала и руководит инженерией фотоакустических и ультразвуковых систем (PULSE). Лаборатория. Доктор Белл получил степень бакалавра наук. степень в области машиностроения (второстепенная биомедицинская инженерия) Массачусетского технологического института (2006 г.), докторская степень. получил степень в области биомедицинской инженерии в Университете Дьюка (2012 г.), проводил исследования за рубежом в качестве международного научного сотрудника Уитакера в Институте исследований рака и Королевской больнице Марсдена в Соединенном Королевстве (2009-2010 гг.), а также получил докторскую степень в Центре инженерных исследований Компьютерные интегрированные хирургические системы и технологии в Университете Джона Хопкинса (2016 г.).Она является заместителем главного редактора журнала IEEE Transactions по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты (T-UFFC), заместителем редактора журнала IEEE Transactions по медицинской визуализации и имеет патенты на формирование луча с короткой задержкой в ​​области пространственной когерентности и хирургию под фотоакустическим контролем. Она является обладателем множества наград и наград, в том числе премии MIT Technology Review за новатор до 35 лет (2016 г.), премии NSF CAREER (2018 г.), премии NIH Trailblazer Award (2018 г.), исследовательской стипендии Альфреда П. Слоана (2019 г.), ОРАУ Ральф Э.Награда Пауэ-младшего за повышение квалификации (2019 г.) и Премия «Выдающийся молодой инженер штата Мэриленд» (2019 г.). Совсем недавно она получила первую награду IEEE UFFC Star Ambassador Lectures Award (2020) и премию SPIE Early Career Achievement Award (2021).

По запросу вы можете посмотреть любую из следующих презентаций веб-семинаров, которые были организованы Технической группой OSA по терапевтическим лазерным приложениям.

О лазерных приложениях для маркировки деталей

О лазерной маркировке и гравировке

Лазерная маркировка деталей обеспечивает постоянную, хорошо читаемую маркировку, которая обеспечивает эффективную прослеживаемость.Применения для лазерной маркировки и гравировки широко варьируются, что делает их разумным вариантом для различных отраслей и широкого диапазона материалов.

Преимущества лазерной маркировки деталей

Технология лазерной маркировки деталей становится все популярнее среди многих производителей благодаря своим многочисленным эксплуатационным преимуществам.

Хотя существует несколько различных типов лазерных процессов, они обладают многими схожими преимуществами, в том числе:

• Постоянные и читаемые метки
• Скоростные операции
• Высококонтрастные метки
• Нет контакта
• Минимальные расходные материалы
• Маркировка металлов, пластмасс, резины, бумаги / картона

Лазерная маркировка и отслеживание деталей

Прослеживаемость деталей, способность отслеживать компонент и его соответствующую историю на протяжении всего жизненного цикла, как никогда важна в современной промышленной среде.

Растущая сложность цепочек поставок в дополнение к угрозам подделки и отзыва продукции побудила многие современные производственные предприятия внедрить высококачественные системы постоянной лазерной маркировки деталей. Эти системы могут связывать уникальные идентификаторы, такие как линейные одномерные штрих-коды или двухмерные матричные коды, с компьютерной базой данных с помощью технологии MECCO EtherMark или настраиваемых графических пользовательских интерфейсов (GUI).

Отмеченные коды могут предоставить бесценную информацию для отслеживания и отслеживания, такую ​​как номер детали, номер партии и дату изготовления.

Лазерная маркировка и гравировка различных материалов

Системы лазерной маркировки и гравировки могут маркировать широкий спектр органических и неорганических материалов. В зависимости от вашего конкретного применения и требований наши специалисты могут помочь вам решить, подходит ли вам маркировочная машина с волоконным лазером, CO2-лазером или лазерной маркировочной машиной с диодной накачкой.

РАЗНООБРАЗИЕ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТИКОВ

В волоконных лазерах используется оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами, такими как иттербий.Это универсальные системы маркировки, которые маркируют самые разные металлы и пластмассы, в том числе:

• Сталь и нержавеющая сталь
• Алюминий чистый и литой
• Медь
• Титан
• Пластмассы

ПЛАСТИКИ И АНОДИРОВАННЫЙ АЛЮМИНИЙ

Для лазера с меньшей мощностью, который специализируется на более ярких и четких отметках на пластике и алюминии, MECCO предлагает уникальный лазер с диодной накачкой и запатентованными диодами, накачивающими кристаллы YAG.

Этот тип лазера использует более высокую пиковую мощность для удаления краски, анодирования и оксидов на 25-50% быстрее, при этом значительно осветляя основной материал.

ОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Маркировка деталей из органических материалов, таких как дерево, стекло, пластик или резина? CO2-лазер — это лазер непрерывного действия на углекислом газе, который идеально подходит для маркировки этих типов материалов.

Лазерные приложения

У лазеров есть много ценных применений в сегодняшнем производственном бизнесе.Изучите различные лазерные приложения, затем узнайте более подробную информацию, поймите, когда использовать каждое приложение, и просмотрите видео, чтобы увидеть их в действии.

Миграция углерода

Обычно используется в медицинской промышленности из-за его способности наносить чистые гигиенические метки, миграция углерода происходит во время нагрева металла или металлических сплавов, вызывая химическое соединение металла со следами молекул углерода на поверхности детали или рядом с ней, создавая темный цвет. — иногда даже черный — стойкая метка.

Подробнее о миграции углерода

Лазерный отжиг

Лазерный отжиг — это локальный нагрев, при котором цвет нагреваемого материала изменяется в зависимости от температуры нагрева. Отжиг, популярный для маркировки металлов, оставляет гладкие, темные, не окисляющиеся пятна.

Подробнее о лазерном отжиге

Лазерное склеивание

Лазерное склеивание, отлично подходит для различных металлов, стекла, керамики и пластика, в отличие от любого другого типа лазерного применения тем, что это аддитивный процесс, при котором материал прикрепляется к поверхности / детали, на которую наносится маркировка.

Подробнее о лазерном склеивании

Лазерная резка

Лазерная резка является быстрой, точной и обеспечивает высококачественную отделку благодаря бесконтактному процессу при определенном фокусном расстоянии. Вырежьте высокоточные узоры из различных металлов, включая сталь, титан, алюминий и медь, а также некоторых пластиков и стекла.

Подробнее о лазерной резке

Лазерное обесцвечивание

Используется в автомобильной, электронной и медицинской промышленности, обесцвечивание пластика происходит при изменении цвета из-за взаимодействия пигментов или добавок с локализованным нагревом лазера.

Подробнее о лазерном обесцвечивании

.