Биологиялық ұлпаларға жоғары интенсивті лазерлік сәуле әсерінің механизмі

0
68

Биологиялық ұлпаларға жоғары интенсивті лазерлік сәуле әсерінің механизмі.

ІІ. Негізгі бөлім

  1. Лазерлік сәулелерді қолдану жағдайы және критерийлері
  2. Лазерлік сәуленің адамға әсері
  3. Фотоэффекторлық әдіс
  4. Пандеромотрлық әдіс
  5. Әдістердің кемшіліктері мен жетістіктері
  6. Биомедицинада қолданылатын лазерлер

 

Кіріспе 

        Лазер терминін ағылшын тілінен аударғанда – мәжбүрлі сәулелендіру көмегімен жарықтың күшеюін білдіреді.

Лазер немесе оптикалық квантты генератор – оптикалық диапозонның сәулелендірудің электромагниттік генераторы. Мәжбүрлі сәулелену негізінен қолданылады.

Лазерлер өзінің уникалды қасиеттерімен (монохромды, когеренттілігі, сәуленің жоғары бағытымен) кең қолданылыс тапты. Әсіресе өндірістік аймақтарда, ғылым мен техника, байланыс, ауыл шаруашылығында, медицинада, биология саласында.

Лазерлік құрылғыларды қолдану адамға деген белгілі қауіптілігімен байланысты. Бұл жұмыста лазерлік құрылымдардың құрылыс ерекшелігі және адамның көз және тері қабатын зақымдауымен байланысты практикада қолдануын қарастырамыз.

Лазерлердің пайда болуы 1960 жылы  физика мен техникада кванттық электрониканың дамуымен тікелей байланысты.

Лазерлердің жіктелуі қауіптілігі бойынша ІІІ классқа бөлінеді.

І класс (қауіпсіз)- шығатын сәуле көзге қауіпті

ІІ класс (әлсіз қауіпті)- сәуленің тікелей немесе айнадағы бейнесі – көзге қауіпті

ІІІ класс (жоғары қауіпті)- сәулелену диффузия бейнесі, бейнелеу беткейінен 10 см қашықтықта, теріге қауіпті

Лазерлік сәуле ерекшелігінің

  1. Кең спектрлі 0,2-1 мм және унипальді 120-200 Дб
  2. Импульс ұзақтығының аздығы 0,1 мс дейін
  3. Жоғары энергия қуаттылығының тығыздығы 1-9 Вт дейін

Лазерлік сәулелерді қолдану жағдайы және критерийлері 

        Лазерлік сәулелердің қауіптілігін бағалағану негізгі критерийлерге энергия қуатының кеңдігі, толқын ұзындығы, импульс ұзындығы және сәулелену экспозициясы қатаң.

Орналасу және лазерлердің қолдану эксплутациясына қойылған талаптар және олардың шектелу және санитарлық нормамен, құрылғы заңдылық топтармен жұмыс істеу кезінде еңдік қауіпсіздікті қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Санитарлық нормалар және заңдар әрбір жұмыс дегенмен оптикалық диапазонын қолдана отырып арнаулы формула және кестелер қолданады. ПДУ   кеңдігін анықтау мүмкіндігін береді. Сәулеленетін ұлпаның энергетикалық экспозициясы қалпына келеді. Лазерлік сәулелену көз үшін көрінетін спектр аймағы және сәулелену көзінің бұрыш өлшеміне маңызды роль атқарады.

Сәулеленудің шектеулі қолданыс деңгіейі, үзіліссіз резеимді – лазер жұмысымен, моноимпульсты және импульсті – периодикалық резеиммен дифференциалданған. Лазерлік құрылғылармен жұмыс істеу технологиясымен байланысты айқын және әлсіз сәулелену негізгі персоналға әсер етуі мүмкін. Биологиялық обьектіге (ұлпа немесе мүше) энергиясы түрлі өзгерістерге шыдай отырып сәулелену ретін мүшелерді (біріншілік эффект) және спецификалық емес функционалды сипатта (екіншілік эффект) туғызуы мүмкін.

Лазердің көру мүшесіне әсері (клиникалық функциональді бұзылыстармен соқырлыққа дейін) толқын ұзындығына және әсерінің таралуына байланысты үлкен қуатты лазерлерді қолдану практикада қолданудың кеңеюі және көру мүшені ғана емес ішкі мүшелерге, теріге, ОЖЖ мен эндокринді жүйеге әсер етеді.

Лазерлік эксплуатацияның және құрылғылардың санитарлық нормалары мен заңдарын қарастырамыз.

Лазерлік сәуледен зақымдалуын алдын алу линнерлік техникалық, жоспарлау, ұйымдастыру, санитарлық гигиеналық сипаттағы жүйені іске қосады. ІІ, ІІІ класс лазерлерін қолданғанда сәулеленуді шектеу үшін персонал лазерлік зонаны қоршау немесе сәулелену шоғырын экрандау қажет.

ІІІ класс лазерлерінің қауіптілігі арнаулы шектеулі мекемелерде орналасып, дистанционды басқаруымен қамтамасыз етеді.

Егер бір мекемеде екі лазерлік қондырғы орналасса олар арасында өзара әсерлесу болады. Қорғаныш құрылғыларсыз лазерді жай көзбен қарауға тиім салынады.

Улы газдары, бу, шаңдарын жою үшін механикалық желдету қолданылады. Шуылдан сақтану үшін арнайы шуыл жоятын құрылғылар қойылады.

Лазердің жұмыс кезеңдегі еңбектің қауіпсіздігін қамтамасыз ететін құрылғылары – көзілдірік, арнаулы маскалар қолданылады. Бұл индивидуальді қорғаныс заттары. Ұйымды санитарлық заңдарға жауап бермейтін, қорғай алмайтын жағдайларда қолданылады.

Лазерлік сәуленің адамға әсері

         Әртүрлі толқын ұзындығы  лазерлік сәулелену адам организіміне сөзсіз әсер етеді. Бірақ мүшелерді спектральді зақымдау ерекшелігіне байланысты және шектеулі қолданыс дозасына байланысты. Көзге және теріге әсер ететні лазерлік сәулелер деп бөлуге болады.

Көру мүшелеріне лазерлі сәулелену әсері негізгі әсері лазерлік сәулелердің көздің торлы қабатына, көз алмасына, шыны тәрізді денесіне қосымша фокустаушы оптика түрлері, көздің торлы қабатындағы энергия концентрациясын көбейтеді. Торлы қабатын зақымдаушы толқын диапазоны 0,4- 1,4 мкм.

Торлы қабаттың тікелей сәулеленуінің МДУ-і. Импульсті әсер кезіндегі негізгісі бұзылыстар торлы қабатта жүреді,ұзақ әсер кезеңді фотохимиялық процесстерге және оның бұзылуына алып келеді. Көздің торлы қабатына әсер ететін импульстік әсерінің энергияның тығыздығын анықтайды. Импульстарды беруінің қайталануы және жиіленуін анықтау үшін МДУ деген аспап керек. Осындай қайталануының жиілігі dt <10 мкс ұзақтылығымен және қайталану жиілігі Т> 1 Гц. МДУ бірлік импульсі С5 рет жиі болуы қажет.

Көздің сыртқы қабатына арналған МДУ. Байқалмайтын УК (ультра күлгін) (0,2…..0,4 мкм) немесе ИҚ (инфра қызыл) – сәулелену (1,4…..1000 мкм) – торлы қабатқа жетпейді, сондықтан көздің тек сыртқы қабатын зақымдайды.

Әлсіз лазерлік сәулелермен көздің МДУ лазерлік сәулелері. Пратикада әлсіз, сөндірілген лазерлік сәулені қолдану шешілді. Сондықтан МДУ сәулелерді анықтау үшін сәулелену тығыздығын мынадай диапозонда 0,4 <<1,4 мкм нормалау керек. Олар торлы қабатқа жетіп оны зақымдай алады. Бұл нормалардың мөлшері және сипаттамасы сәулелердің аймағын үлкейтеді. Ол 0,01 мм яғни бұрыштың өлшемі 1-ден а= 0,015 -0,24 рад.

Тері қабатының МДУ лазерлік сәулеленуі. Адамның тері қабатына әсер ететін лазерлік сәуле Мэк ұсынысы бойынша анықталады және олар алдында қарастырған көзге арналған сәулелерден айырмашылығы бар. Оны анықтау үшін Мэк ұсынған кестелерді қолданады.

Лазерлік приборларда жасайтын мекемелерге қойылатын талап – құрылғылардың қауіпсіз болуы.

Фотоэффекторлық әдіс 

Өлшейтін фотондардың әсерінің назары энергетикалық деңгейде заряд жасушаларының ауысуына негізделген.

Ішкі фоэффект негізіндегі фотоөткізгіштер жатады. Фоторезистор кері фотоөткізгіштік құбылысына негізделген, яғни диэлектріктік оптикалық сәулелену түскенде бос заряд тасымалдаушылар болғанда өтеді.

Үлкен деңгейдегі қуатты және энергияны өлшеу үшін аз сезімталдығышты ПИП қолданылады. Орташа деңгейдегі лазерлік сәулеленуі электрлік параметрлерін өлшеу үшін вакуумда және П/П приборлар қолданылады. Фотодиодтардың сезімталдығы ФЭУ-ге қарағанда төмен, бірақ ФД төмен деңгейлі шуыл туғызады. ФД ФЭУ (фотоэлектрлік көбейткіш) мен салыстырғанда кіші габаритті, мықтылық, сезімталдылық, жоғары сенімділік, механикалық төмен деңгейдегі шуылмен сипатталады.

Пандеромотрлық әдіс 

Пандемоторлы өлшегіштерге лазерлі сәулелік энергиясы және қуаты ретінде П.Н. Лебедев эффектісі қолданылады.

Лазерлік сәуле – жұқа қабылдағыш пластинкасы түсіп, ол соғады. Қысым – сезімтал өзгерткішпен өлшенеді.

Аз күшті өлшеуге арналған классикалық құрылғы – бұранда таразы. Оптикалық сәулелену қабылдаушы қанатқа түскен кезде қозғалтқыш нүкте теңдік қалпынан бірнеше бұранда ауытқиды, ол арқылы қуат және энергия кеңдігін анықтауға болады.

Әдістердің кемшіліктері мен жетістіктері 

        Жылулық әдіс жетістіктері:

  1. өлшеудің кең спектрі және динамикалық диапозоны
  2. жоғары дәлелділік
  3. өлшеуіш құрылғының қарапайымдылығы және сенімділігі

Кемшіліктері:

  1. Сезімталдылық және тез әсерінің ауданы

Фотоэффекторлық әдістің жетістіктері: максималды сезімталдылық және жылдам әсер

Кемшілігі: салыстырмалы тор спектрлі диапозоны.Жоғары қабілет

Пандемоторлық әдіс жетістіктері:

  1. өлшенетін энергия және қуаты жоғары деңгейлі
  2. өлшеудің жоғары дәлелділігі

Кемшілігі: эксплуатация жағдайында жоғары әсер

Лазерлік сәуленің импульстарының негізгі параметрлерін өлшеу үшін құрылғының импульсті генерация кезінде жұмыс істеуі:

  1. азотты лазер
  2. рубинді лазер

Лазерлік шоғыр поляризациясын өлшеу.

Лазерде сәулелену 100% поляризацияға ие болуы қажет. Поляризация түрлері қолданылатын активті орта ерекшеліктеріне байланысты бөлінеді.

Спектральді және корреляционды параметрлерін өлшеу, лазерлік сәуле сипаттама. Когеренттілік 2 негізгі параметрлермен сипатталады. Ол уақытша когеренттілік параметрлері.

Лазер параметрлерінің оның сәулелену когеренттілігінен әсері, яғни лазер – құралы лазердің генерация ырғағымен резонаторлық өзіндік ырғағымен байланысты. Лазерлік сипаттамаларын өлшеу 3 топқа бөлінеді.

  1. Үзіліссіз “NC” лазердің сәулелену спектрін өлшеу
  2. Генерация ырғағын және толқын ұзындығын презиционды өлшеу
  3. Генерация жолағының кеңдігін немесе әр түрлі ырғақты лазерлерді өлшеу.

Биомедицинада қолданылатын лазерлер

Медицинада лазерлер 1960 жылдан ене бастады. Лазер түсінің қуатына байланысты лазерлік медицинаның 3 бағытын ажыратады.

  1. Аз интенсивті сәулелену (0,5-3 Мвт)- қан терапиясында қолданылады.
  2. Орташа интенсивті (0,2-2 Вт)- эндоскопияда және қатерлі ісіктер фотодинамикасының терапиясында қолданылады.
  3. Жоғары интенсивті (20-100 Вт)- хирургия және косметологияда қолданылады.

Лазерлерді “хирургиялық қолдану” лазерлік скальпель деп аталады.Ол жоғары интенсивті сәулелердің тікелей механикалық қолданылуымен ауыстырады. Интеллектуальды лазерлік медицина жүйесінде және медициналық технологияда, кардио және нейрохирургияда, онкологияда жаңа түрлерін жасауда жаңа зерттеулер жүргізіледі.

Лазерлік – ақпараттық технология дистанционды универсальды обьекті жасау саласында және биомодельдеу жүйесінде және уникальді технологияда адам қанқасының фрагменттерінің көшірмесін жасау, импланттардың уникальді моделін жасау, рентгендік, ЯМР томография жүйесі, үлкен жетістіктерге жетіп қарқынды даму үстінде.

Жасалған технология бет – жақтың хирургиясының, нейрохирургия және онкология саласында импланттар жасау және жоспарланған операциялар жасау үшін қолданылады.

Лазерлік “пісіру” жоғары критикалық өңдеу көмегімен үш өлшемді биополимер матрицасын жасау негізінде полимерді материалдар мақсатында жасалды.

Әр түрлі биоұлпалар және қан тамыр мүшелерді лазерлік перфорациялық процесс зерттеледі. Зерттеулер СО2 лазер 1 кВт арнаулы базасында жүргізіледі. Осы зерттеулер барысында клиникалық практикада интеллектуальді лазерлік медициналық жүйе “Перфокор” енді. Ол жүрекке трансмиокардитті лазерлік певаскуляризациялық процедура негізінде операция жасауға мүмкіндік береді. Жүйе Ресей және Еуропада қолданылады. 1997- 2004 жылдар арасында 350 операция жасалды және сәтті өтті.

Жүйе Ресей денсаулық сақтау министрлігімен сертификацияланған. Инвазивті емес медицина – шеміршек ұлпасының лазерлік термопластикасы физико – химиялық және медико – биологиялық әдістер негізінде жасалды.Бұл әдіс ИПМП ашық жарада өткізілді.

Омыртқа аралық дисктің дегенеративті ауруларын емдеу үлкен жаңа әдіс жасаланды, ол әлсіз ИК лазерлік сәулелену әсеріжиі кезеңге асады. Гиалин жікті шеміршектің жылулық локальді тіркелуіне негізделген.

Биоұлпалардың лазерлік бұзылуын диагностикалау үшін жаңа әдіс доплерлі спектроскопия жасалды. Бұл диагностика көмегімен

  • лазерлік сәулелену әсер ететін биоұлпа тері жайлы уақыт масштабында ақпарат алу мүмкіндігін береді.
  • сәулелердің бір ұлпадан басқа ұлпаға өту моментін ұлпаның булану процесімен анықталады.
  • Жоғары интенсивті лазерлік сәулелердің бір текті емес компонентті орта сияқты ұлпамен әсерлесу механизмін зерттеуде жүзеге асады

Интеллектуальді медициналық жүйенің биоұлпаларындағы булану процесін оперативті қадағалайтын жүйенің лазерлік хирургияда құрудың экспериментальді бейнесі жасалды. Бұл өшірілген сәулелерді қайтадан автодиодты детектерлеу әдісімен жасалған “Ланцет” аппараты.

Жасушадағы фотосигнал берілуінің экспериментальді зерттеулері жүргізілді. Клетка аралық адгезия моделінің клеткада 1=820 нм өлшемді фотосигнал берілуінің механизмі қарастырылды. Бастапқы этапта тыныс алу тізбегі ферменттердің қатысы фотосигналдан фотоакцепторға берілді. Жасушада фотосигналдың берілуі күшеюі – суммарлы тотығу – тотықсыздану процессіне байланысты болды.

 

Қорытынды

Лазердің басты компоненті : активті өріс және оптикалық резонатор. Активті өріс когерентті сәулелерді және энергия айдауға өзгертулер, лазердің энергетикалық сипаттаманы береді. Ал резонатор – ырғақтың және кеңістіктің құбылыстарын.

Хирургиялық мақсатта қолдану үшін лазер сәулені жоғары қуатты болуы қажет.Ол биоұлпаны қыздыру үшін 50-70 ° С жоғары, нәтижесінде ұлпаның коогуляциясына кесіліп булануына алып келеді.

Хирургиялық лазерлер үзіліссіз, импульсивті, активті орта типімен байланысты. Коогуляция – лазерлік сәулелердің қажетті жұтылу барысында жүреді.Оны тромб пайда болғанына дейін қыздыру қасиетімен байланысты. Нысана ретінде – гемоглобин немесе қан сарысуы қолданылады. Лазерлік сәуленің интенсивтілігі бойынша 3 типке бөлеміз:

  1. 1-5 Вт коогуляциялану
  2. 5-20 Вт буландыру және беткейлік кесу
  3. 20-100 Вт терең кесу

Хирургиялық лазер интенсивтілігі – сәулелену толқын ұзындығын, жұмыс жиілігіне байланысты.

ПІКІР ҚАЛДЫРУ

Пікіріңізді жазыңыз!
Өтінеміз, аты-жөніңізді дазыңыз