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Ministero dell'Istruzione della Repubblica di Bielorussia

Istituto d'Istruzione

"Università Statale di Gomel

prende il nome da Francysk Skaryna"

Facoltà di Fisica

Dipartimento di Radiofisica ed Elettronica

Lavoro del corso

L'uso del laser in oftalmologia

Esecutore:

studente del gruppo F-41

Tretyakov Yu.V.

Parole chiave: laser, radiazione laser, laser in medicina, correzione della vista.

Oggetto di studio: l'uso dei laser in oftalmologia.

introduzione

1. Il principio di funzionamento dei laser

2. Principali proprietà del raggio laser

3. Caratteristiche di alcuni tipi di laser

4.

5. Laser in oftalmologia

Conclusione

Bibliografia

introduzione

L'invenzione dei laser è alla pari con i risultati più straordinari della scienza e della tecnologia del 20° secolo. Il primo laser è apparso nel 1960 e da allora c'è stato un rapido sviluppo della tecnologia laser.

In breve tempo sono stati creati vari tipi di laser e dispositivi laser, progettati per risolvere specifici problemi scientifici e tecnici.

La tecnologia laser ha solo circa 30 anni, ma i laser hanno già conquistato una posizione di forza in molti settori dell'economia nazionale, l'area di utilizzo dei laser nella ricerca scientifica - fisica, chimica, biologica - è in continua espansione. Il raggio laser diventa un assistente affidabile per costruttori, cartografi, archeologi, scienziati forensi.

1. Il principio di funzionamento dei laser

Radiazione laser: c'è un bagliore di oggetti quando temperature normali. Ma in condizioni normali, la maggior parte degli atomi si trova nello stato energetico più basso. Pertanto, quando basse temperature le sostanze non si illuminano.

Quando un'onda elettromagnetica attraversa una sostanza, la sua energia viene assorbita. A causa dell'energia assorbita dall'onda, alcuni degli atomi sono eccitati, cioè passano in uno stato energetico più elevato. In questo caso, una parte dell'energia viene prelevata dal raggio di luce:

dove hv è il valore corrispondente alla quantità di energia spesa,

E2 - energia del più alto livello di energia,

E1 - energia del livello di energia più basso.

La Figura 1 (a) mostra un atomo non eccitato e un'onda elettromagnetica come una freccia rossa. L'atomo è in uno stato energetico inferiore. La Figura 1 (b) mostra un atomo eccitato che ha assorbito energia. Un atomo eccitato può cedere la sua energia.

Riso. 1. Il principio di funzionamento dei laser

a - assorbimento di energia ed eccitazione dell'atomo; b - un atomo che ha assorbito energia; c - emissione di un fotone da parte di un atomo

Ora immaginiamo che in qualche modo abbiamo eccitato la maggior parte degli atomi dell'ambiente. Quindi, quando passa attraverso la sostanza di un'onda elettromagnetica con una frequenza

dove v è la frequenza dell'onda,

E2 - E1 - la differenza tra le energie dei livelli superiore e inferiore,

h è la lunghezza d'onda.

questa onda non sarà indebolita, ma, al contrario, sarà amplificata a causa della radiazione indotta. Sotto la sua influenza, gli atomi passano costantemente in stati energetici inferiori, emettendo onde che coincidono in frequenza e fase con l'onda incidente. Questo è mostrato nella Figura 2 (c).

2 . Proprietà fondamentali di un raggio laser

I laser sono sorgenti luminose uniche. La loro unicità è determinata da proprietà che le normali sorgenti luminose non hanno. A differenza, ad esempio, di una lampadina elettrica convenzionale, le onde elettromagnetiche generate in diverse parti di un generatore quantistico ottico, distanti l'una dall'altra di distanze macroscopiche, risultano coerenti tra loro. Ciò significa che tutte le oscillazioni nelle diverse parti del laser avvengono di concerto.

Per comprendere nel dettaglio il concetto di coerenza, è necessario richiamare il concetto di interferenza. L'interferenza è l'interazione delle onde, in cui vengono aggiunte le ampiezze di queste onde. Se riesci a catturare il processo di questa interazione, puoi vedere il cosiddetto schema di interferenza (sembra un'alternanza di aree scure e chiare).

Lo schema di interferenza è piuttosto difficile da implementare, poiché di solito le sorgenti delle onde studiate generano onde in modo incoerente e le onde stesse si annullano a vicenda. In questo caso, il modello di interferenza sarà estremamente sfocato o non sarà affatto visibile. Il processo di estinzione reciproca è presentato schematicamente in fig. 2(a) Pertanto, la soluzione al problema di ottenere una figura di interferenza risiede nell'uso di due sorgenti d'onda dipendenti e accoppiate. Le onde provenienti da sorgenti corrispondenti si irradiano in modo tale che la differenza nel percorso delle onde sarà uguale a un numero intero di lunghezze d'onda. Se questa condizione è soddisfatta, le ampiezze delle onde si sovrappongono l'una all'altra e si verifica l'interferenza delle onde (Fig. 2 (b)). Quindi le sorgenti d'onda possono essere chiamate coerenti.

Riso. 2. Interazione delle onde

a - onde incoerenti (smorzamento reciproco); b - onde coerenti (aggiunta di ampiezze d'onda).

La coerenza delle onde e le fonti di queste onde possono essere determinate matematicamente. Sia E1 la forza del campo elettrico creato dal primo raggio di luce, E2 - il secondo. Supponiamo che i raggi si intersechino in un punto dello spazio A. Quindi, secondo il principio di sovrapposizione, l'intensità del campo nel punto A è uguale a

E = E1 + E2

Poiché nei fenomeni di interferenza e diffrazione operano con valori relativi di quantità, allora eseguiremo ulteriori operazioni con il valore - l'intensità della luce, che è indicata con I ed è uguale a

Io = E2.

Cambiando il valore di I con il valore precedentemente determinato di E, otteniamo

io = io1 + io2 + io12,

dove I1 è l'intensità luminosa del primo raggio,

I2 - intensità luminosa del secondo raggio.

L'ultimo termine I12 tiene conto dell'interazione dei fasci di luce ed è chiamato termine di interferenza.

Questo termine è uguale a

I12 = 2 (E1 * E2).

Se prendiamo sorgenti luminose indipendenti, ad esempio due lampadine, allora l'esperienza quotidiana mostra che I = I1 + I2, cioè l'intensità risultante è uguale alla somma delle intensità dei raggi sovrapposti, e quindi il termine di interferenza si annulla . Poi dicono che i raggi sono incoerenti tra loro, quindi anche le sorgenti luminose sono incoerenti. Se invece i fasci sovrapposti sono dipendenti, allora il termine di interferenza non si annulla, e quindi I I1 + I2. In questo caso, in alcuni punti nello spazio l'intensità risultante I è maggiore, in altri è minore delle intensità I1 e I2. Quindi si verifica l'interferenza delle onde, il che significa che le sorgenti luminose risultano coerenti tra loro.

Il concetto di coerenza spaziale è anche correlato al concetto di coerenza. Due sorgenti di onde elettromagnetiche, la cui dimensione e posizione relativa consentono di ottenere uno schema di interferenza, sono chiamate spazialmente coerenti

Un'altra caratteristica notevole dei laser, strettamente correlata alla coerenza della loro radiazione, è la capacità di concentrare l'energia - concentrazione nel tempo, nello spettro, nello spazio, nella direzione di propagazione. Il primo significa che la radiazione di un generatore ottico può durare solo un centinaio di microsecondi. La concentrazione nello spettro suggerisce che la larghezza di riga del laser è molto stretta. Questo è monocromatico.

I laser sono anche in grado di produrre fasci di luce con un angolo di divergenza molto piccolo. Di norma, questo valore raggiunge 10-5 rad. Ciò significa che sulla Luna un tale raggio, inviato dalla Terra, darà una macchia con un diametro di circa 3 km. Questa è una manifestazione della concentrazione dell'energia del raggio laser nello spazio e nella direzione di propagazione.

Potenza laser. I laser sono le fonti più potenti di radiazione luminosa. In una gamma ristretta dello spettro, per un breve periodo (durante un periodo di tempo, della durata di circa 10-13 s.), Per alcuni tipi di laser, si ottiene una potenza di radiazione dell'ordine di 1017 W / cm 2, mentre la potenza di radiazione del Sole è di soli 7 * 103 W / cm 2, e in totale su tutto lo spettro. Sullo stretto intervallo =10-6 cm (questa è la larghezza della riga spettrale del laser) il Sole ha solo 0.2 W/cm 2 . Se il compito è superare la soglia di 1017 W / cm 2, ricorrere a vari metodi aumento di potenza.

Aumentare la potenza di radiazione. Per aumentare la potenza della radiazione è necessario aumentare il numero di atomi coinvolti nell'amplificazione del flusso luminoso dovuto alla radiazione indotta e ridurre la durata dell'impulso.

Metodo Q-switch. Per aumentare il numero di atomi che partecipano quasi contemporaneamente all'amplificazione del flusso luminoso, è necessario ritardare l'inizio della generazione (la radiazione stessa) in modo da accumulare il maggior numero possibile di atomi eccitati, creando una popolazione inversa, per che è necessario alzare la soglia di generazione del laser e ridurre il fattore qualità. La soglia di generazione è il numero limite di atomi che possono trovarsi in uno stato eccitato. Questo può essere fatto aumentando le perdite di flusso luminoso. Ad esempio, è possibile violare il parallelismo degli specchi, che ridurrà drasticamente il fattore qualità del sistema. Se il pompaggio viene avviato in una situazione del genere, anche con un'inversione di popolazione di livello significativo, il lasing non si avvia, poiché la soglia del lasing è alta. La rotazione dello specchio in una posizione parallela ad un altro specchio aumenta il fattore di qualità del sistema e quindi abbassa la soglia laser. Quando il fattore qualità del sistema garantisce l'inizio della generazione, la popolazione inversa dei livelli sarà piuttosto significativa. Pertanto, la potenza di uscita del laser è notevolmente aumentata. Questo metodo di controllo della generazione del laser è chiamato metodo Q-switched.

La durata dell'impulso di radiazione dipende dal tempo durante il quale, per effetto dell'irraggiamento, la popolazione inversa cambia a tal punto che il sistema esce dalla condizione di generazione. La durata dipende da molti fattori, ma solitamente è di 10-7-10-8 s. Il Q-switching con un prisma rotante è molto comune. In una certa posizione, fornisce una riflessione completa del raggio incidente lungo l'asse del risonatore direzione inversa. La frequenza di rotazione del prisma è di decine o centinaia di hertz. Gli impulsi della radiazione laser hanno la stessa frequenza.

È possibile ottenere una ripetizione degli impulsi più frequente mediante il Q-switching con una cella di Kerr (modulatore di luce veloce). La cella di Kerr e il polarizzatore sono posti nel risonatore. Il polarizzatore garantisce la generazione di sole radiazioni di una certa polarizzazione e la cella di Kerr è orientata in modo tale che quando viene applicata una tensione, la luce con questa polarizzazione non passa. Quando il laser viene pompato, la tensione viene rimossa dalla cella di Kerr in un momento tale che la generazione che inizia nello stesso momento è la più forte. Per una migliore comprensione di questo metodo, possiamo tracciare un'analogia con l'esperienza con la tormalina conosciuta dal corso di fisica della scuola.

Esistono anche altri modi per introdurre perdite, che portano a metodi corrispondenti di Q-switching.

3. Caratteristiche di alcuni tipi di laser

Varietà di laser. Al momento, esiste un'enorme varietà di laser che si differenziano per mezzi attivi, potenze, modalità operative e altre caratteristiche. Non c'è bisogno di descriverli tutti. Pertanto, viene qui fornita una breve descrizione dei laser, che rappresentano in modo abbastanza completo le caratteristiche dei principali tipi di laser (modalità operativa, metodi di pompaggio, ecc.)

laser a rubino. Il primo generatore di luce quantistica era un laser a rubino creato nel 1960.

La sostanza di lavoro è il rubino, che è un cristallo di ossido di alluminio Al2O3 (corindone), in cui l'ossido di cromo Cr2O3 viene introdotto come impurità durante la crescita. Il colore rosso di un rubino è dovuto allo ione Cr+3 positivo. Nel reticolo del cristallo A2O3, lo ione Cr+3 sostituisce lo ione Al+3. Di conseguenza, nel cristallo compaiono due bande di assorbimento: una nel verde, l'altra nella parte blu dello spettro. La densità del colore rosso di un rubino dipende dalla concentrazione di ioni Cr + 3: maggiore è la concentrazione, più denso è il colore rosso. Nel rubino rosso scuro, la concentrazione di ioni Cr+3 raggiunge l'1%.

Insieme alle bande di assorbimento blu e verde, ci sono due stretti livelli di energia E1 ed E1", al momento della transizione da cui viene emessa luce con lunghezze d'onda di 694,3 e 692,8 nm al livello del suolo. La larghezza della linea a temperatura ambiente è di circa 0,4 nm. La probabilità di transizioni stimolate per la linea a 694,3 nm è maggiore che per la linea a 692,8 nm. Pertanto, è più facile lavorare con la linea a 694,3 nm. Tuttavia, è possibile generare la linea a 692,8 nm se si utilizzano specchi speciali che hanno una coefficiente di riflessione per radiazione l \u003d 692,8 nm e piccolo - per l? \u003d 694,3 nm.

Quando un rubino viene irradiato con luce bianca, le parti blu e verde dello spettro vengono assorbite, mentre la parte rossa viene riflessa. Il laser a rubino viene pompato otticamente da una lampada allo xeno, che produce lampi di luce di grande intensità quando un impulso di corrente lo attraversa, riscaldando il gas a diverse migliaia di kelvin. Il pompaggio continuo non è possibile perché la lampada non può sopportare il funzionamento continuo a una temperatura così elevata. La radiazione risultante è vicina nelle sue caratteristiche alla radiazione di un corpo completamente nero. La radiazione viene assorbita dagli ioni Cr+, che di conseguenza passano a livelli energetici nella regione delle bande di assorbimento. Tuttavia, da questi livelli, gli ioni Cr + 3 molto rapidamente, a seguito di una transizione non radiativa, passano ai livelli E1, E1.In questo caso, l'energia in eccesso viene trasferita al reticolo, cioè viene convertita in energia delle vibrazioni del reticolo, o, in altre parole, nell'energia dei fotoni. I livelli E1, E1" sono metastabili. La durata a livello E1 è di 4,3 ms. Durante l'impulso di pompa, gli atomi eccitati si accumulano ai livelli E1, E1" e creano una significativa inversione di popolazione rispetto al livello E0 (questo è il livello degli atomi non eccitati).

Il cristallo di rubino viene coltivato sotto forma di un cilindro rotondo. Per un laser vengono solitamente utilizzati cristalli con le seguenti dimensioni: lunghezza L = 5 cm, diametro d = 1 cm Una lampada allo xeno e un cristallo di rubino sono posti in una cavità ellittica con una superficie interna ben riflettente (Fig. 4). Per garantire che tutte le radiazioni colpiscano il rubino lampada allo xeno, un cristallo di rubino e una lampada, anch'essa a forma di cilindro tondo, sono posti ai fuochi della sezione ellittica della cavità parallela ai suoi generatori. A causa di ciò, la radiazione con una densità quasi uguale alla densità di radiazione alla sorgente della pompa viene diretta al rubino.

Una delle estremità del cristallo di rubino è tagliata in modo tale da garantire la riflessione completa e il ritorno del raggio dalle facce tagliate. Tale taglio sostituisce uno degli specchi laser. La seconda estremità del cristallo di rubino è tagliata all'angolo di Brewster. Fornisce un'uscita dal cristallo di rubino senza riflettere il raggio con la corrispondente polarizzazione lineare. Il secondo specchio risonatore è posizionato nel percorso di questo raggio. Pertanto, la radiazione di un laser a rubino è polarizzata linearmente.

Fig 3. Laser a rubino (nel piano di sezione)

Una lampada allo xeno (cerchio bianco) e un cristallo di rubino (cerchio rosso) si trovano all'interno dello specchio riflettente

Laser elio-neon. Il mezzo attivo è una miscela gassosa di elio e neon. La generazione viene effettuata a causa delle transizioni tra i livelli di energia del neon e l'elio svolge il ruolo di intermediario attraverso il quale l'energia viene trasferita agli atomi di neon per creare una popolazione inversa.

Neon, in linea di principio, può generare uno studio laser come risultato di oltre 130 diverse transizioni. Tuttavia, le più intense sono le linee con una lunghezza d'onda di 632,8 nm, 1,15 e 3,39 µm. L'onda di 632,8 nm si trova nella parte visibile dello spettro, mentre le onde di 1,15 e 3,39 µm si trovano nell'infrarosso.

Quando una corrente viene fatta passare attraverso una miscela di gas elio-neon per impatto di elettroni, gli atomi di elio vengono eccitati agli stati 23S e 22S, che sono metastabili, poiché la transizione allo stato fondamentale da essi è proibita dalle regole di selezione della meccanica quantistica. Quando la corrente passa, gli atomi si accumulano a questi livelli. Quando un atomo di elio eccitato collide con un atomo di neon non eccitato, l'energia di eccitazione passa a quest'ultimo. Questa transizione viene eseguita in modo molto efficiente grazie alla buona coincidenza delle energie dei livelli corrispondenti. Di conseguenza, ai livelli 3S e 2S del neon si forma una popolazione inversa rispetto ai livelli 2P e 3P, che rende possibile la generazione della radiazione laser. Il laser può funzionare continuamente. La radiazione di un laser elio-neon è polarizzata linearmente. Tipicamente, la pressione dell'elio nella camera è di 332 Pa e quella del neon è di 66 Pa. La tensione costante sul tubo è di circa 4 kV. Uno degli specchi ha un coefficiente di riflessione dell'ordine di 0,999 e il secondo, attraverso il quale esce la radiazione laser, è di circa 0,990. I dielettrici multistrato vengono utilizzati come specchi, poiché coefficienti di riflessione inferiori non garantiscono il raggiungimento della soglia laser.

Laser CO2 a volume chiuso. Le molecole di anidride carbonica, come altre molecole, hanno uno spettro a strisce dovuto alla presenza di livelli energetici vibrazionali e rotazionali. La transizione utilizzata nel laser CO2 produce radiazioni con una lunghezza d'onda di 10,6 µm, cioè si trova nella regione infrarossa dello spettro. Utilizzando i livelli vibrazionali, è possibile variare leggermente la frequenza di radiazione nell'intervallo da circa 9,2 a 10,8 μm. L'energia viene trasferita alle molecole di CO2 dalle molecole di azoto N2, che a loro volta vengono eccitate dall'impatto degli elettroni quando la corrente passa attraverso la miscela.

Lo stato eccitato della molecola di azoto N2 è metastabile e si trova ad una distanza di 2318 cm -1 dal livello del suolo, che è molto vicina al livello di energia (001) della molecola di CO2 (Fig. 4). A causa della metastabilità dello stato eccitato di N2, il numero di atomi eccitati si accumula durante il passaggio della corrente. Quando N2 collide con CO2, si verifica un trasferimento risonante di energia di eccitazione da N2 a CO2. Di conseguenza si ha un'inversione delle popolazioni tra i livelli (001), (100), (020) di molecole di CO2. L'elio viene solitamente aggiunto per ridurre la popolazione del livello (100), che ha una lunga durata, il che peggiora la generazione al passaggio a questo livello. In condizioni tipiche, la miscela di gas in un laser è costituita da elio (1330 Pa), azoto (133 Pa) e anidride carbonica (133 Pa).

Riso. 4. Schema dei livelli di energia in un laser CO2

Durante il funzionamento di un laser CO2, le molecole di CO2 si scompongono in CO e O, a causa delle quali il mezzo attivo viene indebolito. Inoltre, la CO si decompone in C e O e il carbonio si deposita sugli elettrodi e sulle pareti del tubo. Tutto ciò compromette le prestazioni del laser CO2. Per superare gli effetti dannosi di questi fattori, al sistema chiuso viene aggiunto vapore acqueo, che stimola la reazione.

CO + O--® CO2.

Vengono utilizzati elettrodi di platino, il cui materiale è un catalizzatore per questa reazione. Per aumentare la riserva del mezzo attivo, il risonatore è collegato a serbatoi aggiuntivi contenenti CO2, N2, He, che in quantità richiesta vengono aggiunti al volume del risonatore per mantenere condizioni operative ottimali per il laser. Un laser a CO2 così chiuso è in grado di funzionare per molte migliaia di ore.

Laser CO2 a flusso. Una modifica importante è il flusso laser CO2, in cui una miscela di gas CO2, N2, He viene continuamente pompata attraverso il risonatore. Un tale laser può generare una radiazione coerente continua con una potenza di oltre 50 W per metro della lunghezza del suo mezzo attivo.

laser al neodimio. Sulla fig. 5 mostra uno schema del cosiddetto laser al neodimio. Il nome può essere fuorviante. Il corpo del laser non è un metallo al neodimio, ma un normale vetro con una miscela di neodimio. Gli ioni degli atomi di neodimio sono distribuiti casualmente tra gli atomi di silicio e ossigeno. Il pompaggio è fatto da lampade a lampo. Le lampade emettono radiazioni nell'intervallo di lunghezze d'onda da 0,5 a 0,9 micron. Sorge un'ampia banda di stati eccitati. In modo abbastanza condizionale, è rappresentato da cinque linee. Gli atomi effettuano transizioni non radiative al livello laser superiore. Ogni transizione dà un'energia diversa, che viene convertita nell'energia vibrazionale dell'intero "reticolo" di atomi.

Riso. 5. Laser al neodimio

Radiazione laser, ad es. la transizione al livello inferiore vuoto, etichettato con 1, ha una lunghezza d'onda di 1,06 µm.

La linea tratteggiata di transizione dal livello 1 al livello principale "non funziona". L'energia viene rilasciata sotto forma di radiazione incoerente.

T-laser. In molte applicazioni pratiche ruolo importante riproduce un laser CO2, in cui la miscela di lavoro è a pressione atmosferica ed eccitata da un campo elettrico trasversale (T-laser). Poiché gli elettrodi sono posizionati parallelamente all'asse del risonatore, per ottenere valori elevati dell'intensità del campo elettrico nel risonatore, sono necessarie differenze di potenziale relativamente piccole tra gli elettrodi, il che rende possibile operare in modalità pulsata a pressione atmosferica quando la concentrazione di CO2 nel risonatore è elevata. Di conseguenza, è possibile ottenere una potenza elevata, raggiungendo solitamente 10 MW e più in un impulso di radiazione con una durata inferiore a 1 μs. La frequenza di ripetizione degli impulsi in tali laser è solitamente di diversi impulsi al minuto.

laser gasdinamici. riscaldato a alta temperatura(1000-2000 K), la miscela di CO2 e N2, quando scorre ad alta velocità attraverso un ugello in espansione, viene fortemente raffreddata. In questo caso, i livelli di energia superiore e inferiore sono isolati termicamente a velocità diverse, per cui si forma una popolazione inversa. Pertanto, formando un risonatore ottico all'uscita dall'ugello, è possibile generare radiazione laser dovuta a questa inversione di popolazione. I laser che funzionano secondo questo principio sono chiamati gas-dinamici. Permettono di ottenere potenze di irraggiamento molto elevate in modo continuo.

Laser coloranti. I coloranti sono molecole molto complesse con livelli di energia vibrazionale molto pronunciati. I livelli di energia nella banda dello spettro si trovano quasi continuamente. A causa dell'interazione intramolecolare, la molecola molto rapidamente (in tempi dell'ordine di 10-11-10-12 s) passa in modo non radiativo al livello energetico inferiore di ciascuna banda. Pertanto, dopo l'eccitazione delle molecole, dopo un brevissimo periodo di tempo, tutte le molecole eccitate saranno concentrate al livello inferiore della banda E1. Hanno quindi l'opportunità di effettuare una transizione radiativa verso uno qualsiasi dei livelli energetici della banda inferiore. Pertanto, è possibile emettere praticamente qualsiasi frequenza nell'intervallo corrispondente all'ampiezza della banda zero. E questo significa che se le molecole del colorante vengono prese come sostanza attiva per generare radiazione laser, quindi, in funzione della sintonia del risonatore, è possibile ottenere una sintonia in frequenza pressoché continua della radiazione laser generata. Pertanto, vengono creati laser a base di coloranti con una frequenza di generazione regolabile. I laser a colorante sono pompati da lampade a scarica di gas o dalla radiazione di altri laser,

L'allocazione delle frequenze di generazione è ottenuta dal fatto che la soglia di generazione viene creata solo per un intervallo di frequenza ristretto. Ad esempio, le posizioni del prisma e dello specchio sono scelte in modo tale che solo i raggi con una certa lunghezza d'onda ritornino al mezzo dopo essere stati riflessi dallo specchio a causa della dispersione e dei diversi angoli di rifrazione.

Solo per tali lunghezze d'onda è prevista la generazione laser. Ruotando il prisma, è possibile garantire la sintonizzazione continua della frequenza della radiazione laser colorante.

Il lasering è stato effettuato con molti coloranti, che hanno permesso di ottenere radiazioni laser non solo nell'intero campo ottico, ma anche in una parte significativa delle regioni infrarosse e ultraviolette dello spettro.

4. L'uso del laser in medicina

In medicina, i sistemi laser hanno trovato la loro applicazione sotto forma di bisturi laser. Il suo utilizzo per le operazioni chirurgiche è determinato dalle seguenti proprietà:

Produce un'incisione relativamente esangue, poiché contemporaneamente alla dissezione dei tessuti, coagula i bordi della ferita "fermentando" non troppo grande vasi sanguigni;

Il bisturi laser differisce in una costanza delle proprietà taglianti. Colpire un oggetto duro (come un osso) non disabilita il bisturi. Per un bisturi meccanico, questa situazione sarebbe fatale;

Il raggio laser, grazie alla sua trasparenza, permette al chirurgo di vedere la zona operata. La lama di un normale bisturi, così come la lama di un coltello elettrico, blocca sempre in una certa misura il campo di lavoro del chirurgo;

Il raggio laser taglia il tessuto a distanza senza alcun effetto meccanico sul tessuto;

Il bisturi laser fornisce una sterilità assoluta, perché solo la radiazione interagisce con il tessuto;

Il raggio laser agisce rigorosamente localmente, l'evaporazione dei tessuti avviene solo nel punto focale. Le aree di tessuto adiacenti vengono danneggiate molto meno rispetto a quando si utilizza un bisturi meccanico;

Come ha dimostrato la pratica clinica, una ferita da bisturi laser quasi non fa male e guarisce più velocemente.

L'uso pratico dei laser in chirurgia iniziò in URSS nel 1966 presso l'A.V. Vishnevsky.

Il bisturi laser è stato utilizzato nelle operazioni su organi interni cavità toraciche e addominali.

Attualmente, gli interventi di chirurgia plastica della pelle, gli interventi chirurgici all'esofago, allo stomaco, all'intestino, ai reni, al fegato, alla milza e ad altri organi vengono eseguiti con un raggio laser.

È molto allettante eseguire operazioni utilizzando un laser su organi che contengono un gran numero di vasi sanguigni, ad esempio cuore, fegato.

5. Laser in oftalmologia

visione oftalmologica con raggio laser

Il laser viene utilizzato per preservare, migliorare e correggere la vista. Il raggio prodotto dal laser viene assorbito dalla retina. Nonostante rimanga una cicatrice e l'occhio non veda nulla nei punti in cui si formano le cicatrici, le cicatrici sono così pigmentate dai tessuti dell'occhio e si trasformano in calore, questo calore brucia, o cauterizza, il tessuto, che viene spesso utilizzato per attaccare piccoli esfoliati che non influiscono sull'acuità visiva .

I laser sono utilizzati anche nei casi retinopatia diabetica(retinite) per bruciare i vasi sanguigni e ridurre gli effetti della degenerazione maculare. Sono utilizzati nei casi di retinopatia falciforme, anche nel glaucoma, aumentando il drenaggio, permettendo di rimuovere la visione offuscata causata dall'accumulo di liquido all'interno dell'occhio, di rimuovere i tumori sulle palpebre, pur non danneggiando la palpebra stessa e lasciando quasi nessun cicatrice, per sezionare le aderenze dell'iride o la distruzione delle aderenze vitreali, che possono causare il distacco della retina. I laser vengono utilizzati anche dopo alcuni interventi di cataratta, quando la membrana diventa torbida e la vista è ridotta.

Con l'aiuto di un laser, viene praticato un foro nella membrana offuscata. Tutto questo è alla portata del laser e, grazie ad esso, non sono necessari bisturi, fili e altri strumenti. Ciò significa che il problema dell'infezione scompare. Il laser può anche penetrare nella parte trasparente dell'occhio senza danneggiarlo o causare alcun dolore. L'operazione può essere eseguita non in ospedale, ma in impostazioni ambulatoriali. Grazie a sistema complesso sistemi di guida al microscopio e di erogazione del raggio laser, molti dei quali sono computerizzati, il chirurgo oculista è in grado di eseguire l'operazione con la massima precisione che non è possibile con un bisturi tradizionale. Sebbene l'elenco delle applicazioni laser nella chirurgia oculare sia lungo, continua a crescere. È in fase di sviluppo una sonda laser che può essere inserita direttamente nell'occhio del paziente attraverso un minuscolo foro nella sclera. Un tale laser consentirà al chirurgo di eseguire l'operazione con una precisione molto maggiore. Il laser è diventato ampiamente utilizzato nel trattamento delle malattie della retina e senza dubbio diventerà ancora più comune in futuro.

Il puntamento del raggio laser diventa più preciso, il che rimuove i vasi sanguigni anomali senza danneggiare il tessuto sano adiacente. Anche i trattamenti per la degenerazione maculare e la retinopatia diabetica stanno migliorando.

Attualmente, una nuova direzione in medicina si sta sviluppando intensamente: la microchirurgia dell'occhio laser. La ricerca in questo settore viene svolta presso il V.P. Filatov Odessa Institute of Eye Diseases, presso il Moscow Research Institute of Eye Microsurgery e in molti altri "centri oculari" dei paesi del Commonwealth

Il primo utilizzo dei laser in oftalmologia è stato associato al trattamento del distacco di retina. Gli impulsi luminosi di un laser a rubino vengono inviati all'interno dell'occhio attraverso la pupilla (energia dell'impulso 0,01-0,1 J, durata dell'ordine di 0,1 s.) Penetrano liberamente attraverso il corpo vitreo trasparente e vengono assorbiti dalla retina. Focalizzando la radiazione sulla zona esfoliata, quest'ultima viene "saldata" al fondo oculare per effetto della coagulazione. L'operazione è rapida e completamente indolore.

In generale, si distinguono cinque delle più gravi malattie degli occhi che portano alla cecità. Questi sono glaucoma, cataratta, distacco di retina, retinopatia diabetica e un tumore maligno.

Oggi tutte queste malattie vengono trattate con successo con i laser e solo tre metodi sono stati sviluppati e utilizzati per il trattamento dei tumori:

- Irradiazione laser - irradiazione di un tumore con un raggio laser sfocato, che porta alla morte delle cellule tumorali, perdendo la loro capacità di riprodursi

- Coagulazione laser: distruzione del tumore mediante radiazioni moderatamente focalizzate.

La chirurgia laser è il metodo più radicale. Consiste nell'escissione del tumore insieme ai tessuti adiacenti con radiazioni focalizzate. Per la maggior parte delle malattie, sono costantemente richiesti nuovi trattamenti. Ma il trattamento laser è un metodo che cerca a sua volta le malattie per curarle.

Il laser è stato utilizzato per la prima volta per la chirurgia oculare negli anni '60 e da allora è stato utilizzato per preservare, migliorare e in alcuni casi correggere la vista in centinaia di migliaia di uomini, donne e bambini in tutto il mondo.

La parola laser è un acronimo. È stato creato dalle prime lettere di cinque parole inglesi: amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni (amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni).

Per creare un raggio laser, vengono iniettati gas speciali nel tubo, quindi viene fatta passare attraverso di esso una forte forza. carica elettrica. I laser oftalmici utilizzano tipicamente uno o tre gas diversi: argon, che produce una luce verde o blu-verdastra; krypton, che emette luce rossa o gialla; neodimio-ittrio-alluminio-granato (Nd-YAG), che produce un raggio infrarosso.

I laser ad argon e krypton sono chiamati fotocoagulatori. Il raggio che producono viene assorbito dai tessuti pigmentati dell'occhio e convertito in calore. Questo calore brucia, o cauterizza, il tessuto, lasciando una cicatrice su di esso. Questo tipo di laser viene spesso utilizzato per riattaccare una retina distaccata. Nonostante il fatto che l'occhio non possa vedere nulla nei punti in cui si formano le cicatrici, le cicatrici sono così piccole da non influire sull'acuità visiva.

Questi laser sono utilizzati anche nei casi di retinopatia diabetica (retinite) per bruciare i vasi sanguigni e ridurre gli effetti della degenerazione maculare. Sono utilizzati anche nei casi di retinopatia falciforme, una malattia più comune tra i pazienti neri.

I laser ad argon e krypton sono utilizzati anche per il glaucoma, aumentando il drenaggio, consentendo di rimuovere la visione offuscata causata dall'accumulo di liquido all'interno dell'occhio. Il laser ad argon può anche essere utilizzato per rimuovere i tumori sulle palpebre senza danneggiare la palpebra stessa e lasciando poche o nessuna cicatrice.

Il laser Nd-YAG è un fotodistruttore. Invece di bruciare il tessuto, lo fa esplodere. Può essere utilizzato in diversi modi, ad esempio per tagliare le aderenze dell'iride o rompere le aderenze del vitreo che possono causare il distacco della retina.

Questo tipo di laser viene utilizzato anche dopo alcuni interventi di cataratta, quando la membrana diventa torbida e la vista è ridotta. Con l'aiuto di un laser, viene praticato un foro nella membrana offuscata.

Tutto questo è alla portata del laser e, grazie ad esso, non sono necessari bisturi, fili e altri strumenti. Ciò significa che il problema dell'infezione scompare. Il laser può anche penetrare nella parte trasparente dell'occhio senza danneggiarlo o causare alcun dolore. L'operazione può essere eseguita non in ospedale, ma in regime ambulatoriale.

Grazie ad un sofisticato sistema di guida al microscopio e ad un sistema di erogazione del raggio laser, molti dei quali computerizzati, il chirurgo oculista è in grado di eseguire l'operazione con la massima precisione che non è possibile con un bisturi tradizionale.

Sebbene l'elenco delle applicazioni laser nella chirurgia oculare sia lungo, continua a crescere. È in fase di sviluppo una sonda laser che può essere inserita direttamente nell'occhio del paziente attraverso un minuscolo foro nella sclera. Un tale laser consentirà al chirurgo di eseguire l'operazione con una precisione molto maggiore.

Il laser è diventato ampiamente utilizzato nel trattamento delle malattie della retina e senza dubbio diventerà ancora più comune in futuro. Il puntamento del raggio laser diventa più preciso, il che rimuove i vasi sanguigni anomali senza danneggiare il tessuto sano adiacente. Anche i trattamenti per la degenerazione maculare e la retinopatia diabetica stanno migliorando.

Conclusione

I laser stanno decisamente e, inoltre, su un ampio fronte invadendo la nostra realtà. Hanno notevolmente ampliato le nostre capacità nelle aree più diverse: lavorazione dei metalli, medicina, misurazione, controllo, fisica, chimica e ricerca biologica. Già oggi il raggio laser ha padroneggiato molte professioni utili e interessanti. In molti casi, l'uso di un raggio laser fornisce risultati unici. Non c'è dubbio che in futuro il raggio laser ci darà nuove possibilità che oggi sembrano fantastiche.

Abbiamo già iniziato ad abituarci al fatto che "il laser può fare qualsiasi cosa". A volte rende difficile valutare in modo sobrio reali opportunità tecnologia laser allo stadio attuale del suo sviluppo. Non sorprende che l'eccessivo entusiasmo per le capacità del laser sia talvolta sostituito da un certo raffreddamento nei suoi confronti. Tutto ciò, tuttavia, non può mascherare il fatto principale: con l'invenzione del laser, l'umanità ha a disposizione uno strumento qualitativamente nuovo, altamente versatile, molto efficace per le attività quotidiane, industriali e scientifiche. Nel corso degli anni questo strumento verrà sempre più perfezionato, e allo stesso tempo il campo di applicazione dei laser si espanderà continuamente.

Bibliografia

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2. Tarasov L.V. Laser. Realtà e speranza. - M. Scienza, 1995.

3. Sivukhin V.A. Corso generale fisica. Ottica. -M.: Nauka, 1980.

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Tra i laser che consentono la coagulazione dei tessuti, gli oftalmocoagulatori ad argon (X = 488 e 514 nm), nati negli USA all'inizio degli anni '70, sono ancora i più diffusi e utilizzati.

Nel nostro paese, il primo laser di questo tipo è stato brevettato e creato nel 1982 e con il nome "Liman-2" è stato prodotto fino a poco tempo fa nello stabilimento ottico e meccanico di Zagorsk. Questo laser (Fig. 144) ha giocato grande ruolo nella diffusione dei metodi di trattamento laser in Russia e, sebbene sia obsoleto, è ancora utilizzato in numerose istituzioni mediche. All'estero questi laser sono prodotti da molte aziende, tra cui Carl Zeiss (Germania) con il suo modello Visulas Argon e Coherent (USA), che ha realizzato un'installazione mobile universale a forma di valigia, l'Ultima 2000 SE Argon Laser System, sono meglio conosciuto in Russia. ”, che può essere utilizzato sia transpupillare che endovitreale nell'unità operativa. IN Ultimamente Le aziende giapponesi stanno entrando attivamente nel mercato russo, ad esempio Nidek con il proprio modello di laser ad argon. Recentemente, un laser Nd^AG che raddoppia la frequenza è diventato un serio concorrente del laser ad argon, che consente di ottenere una radiazione verde pura senza una componente blu (X = 532 nm), che amplia notevolmente le possibilità del loro utilizzo nel zona maculare. Il più famoso di questi è il modello Ophthalas 532.

Riso. 144. Il primo laser ad argon domestico - sezione gas del complesso laser Liman-2.

di Alcon (Stati Uniti). Questo laser è a stato solido e quindi più portatile e privo di alcuni degli svantaggi dei laser a gas, ha la stessa potenza (3 W), può essere utilizzato in modalità endolaser, e permette anche di ottenere radiazioni con una lunghezza d'onda di 1,06 micron. L'esperienza che abbiamo accumulato nell'uso di un tale laser ha mostrato i suoi indubbi vantaggi.

Il laser "verde" è prodotto da Carl Zeiss Meditec, e in Russia da Alcom-Medica (San Pietroburgo).

Dalla fine degli anni '80. I coagulatori oftalmici a diodi (semiconduttori) (X = 0,81 µm) stanno guadagnando posizioni sempre più forti in oftalmologia. Il primo coagulatore a diodi russo è stato creato da noi nel 1989 ed è attualmente prodotto a San Pietroburgo da Alcom-Medica. Questo dispositivo si distingue per la sua compattezza e il peso ridotto (4 kg), che hanno permesso di cambiare completamente l'ideologia del layout dei coagulatori oftalmici. In esso, non un dispositivo oftalmico, in questo caso una lampada a fessura, è un'aggiunta al laser, ma, al contrario, il laser è integrato organicamente nel dispositivo oftalmico senza aumentarne le dimensioni (Fig. 145). Il laser ha anche un blocco per l'endocoagulazione. La portabilità e il peso ridotto del dispositivo sono importanti per l'oftalmologia da campo militare, soprattutto tenendo conto del fatto che la potenza (4 W) dell'ultimo modello laser supera addirittura quella dell'argon. I vantaggi del dispositivo sono anche il funzionamento silenzioso, l'elevata affidabilità dovuta all'assenza di tubi del gas, lampade a pompa e la durata del cristallo semiconduttore, un ordine di grandezza maggiore efficienza rispetto ai laser a gas. L'esperienza dell'uso clinico del laser ha dimostrato che la coagulazione per sua radiazione è più facilmente tollerata dai pazienti, in quanto essa, essendo invisibile al paziente, non

Riso. 145. Il primo laser a diodi domestico ML-200 prodotto da Milon.

ha un effetto accecante, caratteristico della parte verde dello spettro, a cui l'occhio umano è più sensibile. Con l'aiuto di un laser a diodi, è possibile risolvere quasi gli stessi compiti che con l'aiuto di un argon, ad eccezione della coagulazione diretta dei vasi sanguigni, poiché la sua radiazione è peggiore del blu-verde, viene assorbita dall'emoglobina del sangue . Allo stesso tempo, è indispensabile nel trattamento vari tipi patologia della regione maculare della retina, poiché la lipofuscina non assorbe le sue radiazioni. L'oftalmoendolaser a diodi con un set di strumenti a fibre ottiche (Fig. 146) per la transsclerale e l'endofotocoagulazione della retina e del corpo ciliare marca AL-6000 a San Pietroburgo è prodotto congiuntamente da Medlaz e Alcom-Medica. I laser a diodi sono prodotti anche da aziende straniere Iris (USA), Carl Zeiss (Germania), Nidek (Giappone), ma il costo di questi dispositivi è 5-7 volte superiore.

Nelle medie e lontane gamme IR-B e IR-C in Russia, grazie agli sforzi dei dipendenti del Dipartimento di Oftalmologia dell'Accademia medica militare e dell'Istituto ottico statale, prototipi di laser "Ladoga-Neodym" (X = 1,06 / 1,32 μm), "Ladoga-Erbium (X = 1,54 μm) (Fig. 147) e laser ad olmio (X = 2,09 μm), risultati ricerca clinica che si riassumono nelle opere di A.

F. Gatsu et al., EV Boyko et al. . Negli Stati Uniti, Sunrise Technologies ha creato un laser Ho^AG (X = 2,1 μm) per termocheratoplastica e sclerostomia "Corneal Shaping System" con un'energia di impulso fino a 300 mJ, ma il dispositivo è consentito solo per scopi di ricerca. In Germania

Riso. 146. Sonde laser endo-oculari e transclerali Medlaz - Alcom-Medica.

Riso. 147. Coagulatore corneosclerale con itterbio-erbio.

Aesculap - Meditec Gmbh ha lanciato sul mercato due dispositivi basati sul laser VCL-29 EnYAG: uno per la sclerostomia, la capsuloressi e la facoframmentazione e l'altro per la fotoablazione dei tessuti cutanei. Questi dispositivi non sono ampiamente accettati e sono in gran parte interrotti.

Il primo fotodistruttore laser a rubino monopulse domestico "Yatagan" sviluppato dall'eurodeputato e prodotto dall'Ulyanovsk Electric Lamp Plant è attualmente prodotto in una versione modificata dello "Yatagan-4" basato su un laser NdAAG. L'impianto ottico e meccanico di Sergiev Posad produce il fotodistruttore laser Capsula Nd:YAG sviluppato da KBTM e GOI. Aziende di molti paesi sviluppati offerta grande scelta moderni laser Nd^AG, utilizzati principalmente per capsulare e iridotomia. Questi sono Visuhs-YAG di Carl Zeiss (Fig. 148) in tre modifiche, MQL-12 di Aesculap dalla Germania, Nanolas-15 di Biophysic medical dalla Francia, YAG-3000LE di Alcon, 7970 Nd: YAG Laser di Coherent dagli USA , Iscra-Laser dalla Slovacchia e molti altri. Tutti hanno una lunghezza d'onda della radiazione di 1,06 μm, una durata dell'impulso di circa 3-5 ns e un'energia per impulso dell'ordine di 10 mJ.

I laser al fluoruro di argon (ArF) ultravioletti (ad eccimeri) per cheratectomia sono dispositivi computerizzati complessi, ingombranti e costosi ($ 250.000 o più) che generano radiazioni a una lunghezza d'onda di 0,193 μm con un'energia dell'impulso di circa 200 mJ e con una frequenza di ripetizione degli impulsi di 250 Hz . In Russia, la prima unità laser ad eccimeri rifrattivi è stata creata presso l'Oye Microsurgery Center nel 1988 sulla base del laser EVG-201 dell'azienda tedesca Lambda-Physik. È dotato di un sistema di formatura originale domestico basato su una cella a gas di assorbimento, che consente un cambiamento graduale della rifrazione della cornea in qualsiasi punto. Attualmente viene prodotto il laser ad eccimeri domestico "Microscan" con un sistema di formazione del tipo a punto volante. Negli Stati Uniti solo nel 1996 è stato ricevuto il permesso ufficiale dalla FDA (Food and Drug Administration - autorità statale per il rilascio delle licenze) per applicazione clinica questi laser, che ora sono prodotti da un certo numero di aziende. Per il consumatore europeo, il sistema MEL-80 di Carl Zeiss Meditec (Germania) è il più accessibile. La società giapponese Nidek, i cui laser del tipo EC-5000 operano in centri laser commerciali a Mosca, San Pietroburgo, Chelyabinsk e altre città, è entrata attivamente nel mercato russo con la sua tecnologia laser (Fig. 149).

Lo stimolatore laser oculare "Monocle" sviluppato dal GOI, dall'Istituto di ricerca per la salute sul lavoro e le malattie professionali e dall'Accademia medica militare è attualmente prodotto in serie presso lo stabilimento di Lvov "Polyaron". Il dispositivo è realizzato sotto forma di occhiali binoculari, ai quali viene condotta la radiazione rossa stimolante di un laser He-Ne attraverso guide di luce in fibra, collocate in un'unità elettronica portatile (vedi Fig. 145). La tecnica optotecnica utilizzata in Monocle consente di creare varie condizioni per irradiare la retina di ciascun occhio a scelta del medico - da totale a punti di illuminazione con un diametro di 4 mm. Viene fornita una variazione individuale dei parametri energetici della radiazione nel punto di illuminazione sulla retina di ciascun occhio.

Gli stimolatori laser a bassa energia sono prodotti e venduti a San Pietroburgo. In particolare, Alkom-Medica produce stimoli

Riso. 148. Visulas-YAG - laser monopulse di Carl Zeiss.

La scoperta dei sistemi laser ha immediatamente attirato l'attenzione di tutti i settori attività umana. In molti rami della scienza e della tecnologia, hanno trovato la loro applicazione. In medicina, il pioniere è stato il trattamento degli occhi.

Fu in oftalmologia che i laser furono usati per la diagnosi e la correzione. Con il passare del tempo e lo sviluppo di entrambe le aree (fisica laser e medicina) sono stati raggiunti alti risultati, e oggi è uno strumento fondamentale per i medici. Ma cos'è un laser in medicina?

In generale, un laser è una sorgente luminosa specifica. Ha una serie di differenze rispetto ad altre fonti, tra cui concentrazione e attenzione. L'utente ha la possibilità di dirigere il raggio di luce nel punto desiderato e allo stesso tempo evitare la dispersione e la perdita di proprietà preziose.

All'interno del raggio, l'induzione avviene in atomi e molecole, che possono essere adattati con precisione alle esigenze. La tecnologia del dispositivo e il funzionamento del sistema laser è semplice e comprende 4 elementi principali:

1. Sorgente di tensione (pompa). In altre parole, energia per il lavoro.
2. Uno specchio opaco che funge da parete di fondo del contenitore, dove si trova il mezzo attivo.
3. Uno specchio traslucido attraverso il quale il raggio generato emerge nella luce.
4. Ambiente direttamente attivo. È anche chiamato materiale generatore. Questa è una sostanza le cui molecole formano un raggio laser con caratteristiche specificate.

La divisione dei laser oftalmici in tipi avviene proprio secondo l'ultimo criterio.

Ora, in pratica, vengono utilizzati i seguenti tipi di laser per trattare gli occhi:

• Eccimero. Questo tipo di sistema crea radiazioni di lavoro nella gamma ultravioletta dello spettro (da 193 a 351 nanometri). Viene utilizzato per lavorare con aree locali di tessuto danneggiato. Differisce in alta precisione. Obbligatorio nel trattamento del glaucoma e dei cambiamenti negativi nella cornea bulbo oculare. Dopo il suo lavoro, il periodo di recupero è notevolmente ridotto.
• Tipo Argon. Il gas argon viene utilizzato come mezzo attivo. Il raggio si forma nell'intervallo di lunghezze d'onda tra 488 e 514 nanometri, che corrisponde alle parti blu e verdi dello spettro. La principale direzione di applicazione è l'eliminazione delle patologie nei vasi.
• Sguardo di Krypton. Funziona nella gamma gialla e rossa dello spettro (568 - 647 nm). Particolarmente utile quando si lavora sulla coagulazione dei lobi centrali della retina.
• diodo. Porzione infrarossa dello spettro delle onde (810 nm). Differisce nella penetrazione profonda nella membrana dei vasi sanguigni ed è utile nel trattamento delle aree maculari della retina.
• Femtosecondo. Laser operanti nella gamma degli infrarossi. Spesso combinato con un eccimero in unico sistema. Differire oltre ad alta velocità, che consente loro di essere utilizzati per pazienti con cornee sottili. L'elevata precisione del lavoro consente di creare un lembo corneale in un determinato punto con i parametri impostati.
• Elio neon. Lunghezza d'onda operativa 630 nm. Uno strumento importante nelle mani di un oftalmologo. Perché ha un potente effetto stimolante sui tessuti, allevia l'infiammazione e favorisce la rigenerazione dei tessuti.
• Dieci acido carbonico. Portata infrarossi (10,6 µm). Utilizzato per vaporizzare i tessuti e rimuovere le escrescenze maligne.

Oltre a questa gradazione, ci sono:

• Potenti, che hanno un impatto significativo sulla superficie.
• Debole, il cui impatto è quasi impercettibile.

La potenza è determinata anche dalla sostanza utilizzata nel sistema.

Chi ha inventato il laser e quando è stato utilizzato per la prima volta nella chirurgia oculare?

La tecnologia dell'amplificazione stimolata della luce fu predetta da Einstein durante la prima guerra mondiale. Nelle sue opere ha descritto le basi fisiche del laser. Successivamente, per quasi 50 anni, molti scienziati hanno lavorato sugli elementi costitutivi della teoria dei laser, che hanno gettato una solida base per lo sviluppo del ramo della conoscenza.

Nel 1960, Thomas Maiman dimostrò il primo prototipo laser funzionante. Il 16 maggio di quell'anno è considerato il compleanno dei sistemi laser - nuova era nello sviluppo dell'umanità.

L'aspetto del dispositivo ha stimolato lo studio del suo applicazione pratica, in particolare in medicina. Già nel 1963 apparvero i primi risultati pubblicati della ricerca sulla coagulazione laser, condotta da Campbell e Zweng. Krasnov ha subito confermato la possibilità di utilizzare l'effetto photobreak per il trattamento della cataratta. Nelle cliniche americane alla fine degli anni '70, venivano utilizzate attivamente come alternativa al bisturi, che riduceva la perdita di sangue e garantiva un'elevata precisione dei tagli.

Ora il laser è diventato la base dell'oftalmologia moderna.

Principio di funzionamento e caratteristiche della trave

A seconda del dispositivo, del mezzo di generazione attivo e delle impostazioni di sistema, questi dispositivi possono eseguire lavori diversi. Il principio del raggio consente al medico di programmare trattamento ottimale. Nell'oftalmologia moderna si distinguono i seguenti principi di azione laser sui tessuti:

Coagulazione laser. Sotto l'influenza termica, le parti esfoliate del tessuto vengono saldate e la struttura del tessuto viene ripristinata.

Fotodistruzione. Il laser si riscalda alla massima potenza e taglia il tessuto per il successivo restauro.

Fotoevaporazione. Durante il trattamento prolungato dell'area con un laser appositamente sintonizzato, il tessuto evapora.

Fotoablazione. Un'operazione comune che consente di rimuovere il tessuto danneggiato con la massima cura.

Stimolazione laser. Il principio di funzionamento alla base di questo metodo garantisce il flusso di processi fotochimici che hanno un effetto stimolante e riparatore sui tessuti dell'occhio.

Dispositivo laser oftalmico

L'elemento determinante nel funzionamento del laser è il mezzo attivo. La sostanza utilizzata nel lavoro determina l'uso della fonte di energia. Ogni gas richiede un vettore energetico specifico e un metodo di erogazione dell'energia.

Gli elementi costitutivi della struttura sono descritti sopra. Nelle apparecchiature laser oftalmiche, viene prestata particolare attenzione alla gestione del sistema. Il medico ha l'opportunità di regolare il laser con elevata precisione. Il sistema di sensori e leve di comando consente vasta gamma operazioni.

Sicurezza del laser: cosa dovrebbe sapere un oftalmologo

Ogni dispositivo ha un passaporto tecnico, che dettaglia i parametri dell'attrezzatura. Queste caratteristiche determinano la nocività del dispositivo e le necessarie misure di sicurezza. L'optometrista, quando lavora a lungo con i laser, deve osservare rigorosamente le norme di comportamento prescritte per prevenire lesioni:

• Quando si lavora con l'apparecchiatura, è necessario indossare occhiali protettivi con caratteristiche specificate, progettati per proteggere da un tipo specifico di radiazioni.
• Rispetta rigorosamente il programma di lavoro: assicurati di fare delle pause dal lavoro!
• Se ci sono controindicazioni ( tumore maligno, indicazioni individuali, gravidanza) è vietato lavorare con i laser!

L'uso delle tecnologie laser in oftalmologia fornisce una diagnostica di alta qualità, una rapida adozione della giusta decisione e il raggiungimento di risultati eccellenti durante operazioni di qualsiasi complessità.

I sistemi laser esistenti possono essere suddivisi in due gruppi:

• - potenti laser su neodimio, rubino, anidride carbonica, monossido di carbonio, argon, vapori metallici, ecc.;
• - laser che producono radiazioni a bassa energia (elio-neon, elio-cadmio, azoto, colorante, ecc.), che non hanno un pronunciato effetto termico sui tessuti.

Attualmente sono stati creati laser che emettono nelle regioni dell'ultravioletto, del visibile e dell'infrarosso dello spettro.

Gli effetti biologici di un laser sono determinati dalla lunghezza d'onda e dalla dose di radiazione luminosa.

Dispersione nei tessuti dipende dalla lunghezza d'onda del raggio laser, ovvero dal grado del suo assorbimento. Per radiazioni con un alto grado assorbimento (K=100 - 1000 cm -1), che generano, ad esempio, laser ad eccimeri, ad erbio e ad anidride carbonica, lo scattering gioca un ruolo subordinato. Per le radiazioni nella gamma del vicino infrarosso, da 2 a 8 mm che penetrano nei tessuti mediamente pigmentati, domina lo scattering. Per la luce di altre lunghezze d'onda (principalmente nella gamma visibile), sia l'assorbimento che la diffusione giocano un ruolo significativo.

Convenzionalmente, le strutture dell'occhio possono essere suddivise in tre gruppi in base alle loro proprietà ottiche:

• -tessuti pigmentati e contenenti melanina del fondo, del corpo ciliare e dell'iride.
• - opaco a luce visibile tessuto della sclera, muscoli, che non contengono o quasi nessuna melanina.
• - ottico ambiente, costituito da acqua fino al 99%.

I valori di assorbimento e trasmissione per questi tre gruppi nell'intero spettro ottico sono mostrati nella Figura 6.

Figura 6 - spettri di assorbimento di glucosio, acqua e melanina.

Nel trattamento delle malattie degli occhi vengono solitamente utilizzati: eccimero laser(con una lunghezza d'onda di 193 nm); argon(488 nm e 514 nm); krypton(568 nm e 647 nm); diodo(810nm); Laser ND:YAG Con raddoppio frequenze(532 nm), oltre a generare a una lunghezza d'onda di 1,06 micron; elio-neon laser(630nm); 10- diossido di carbonio laser(10,6 µm). La lunghezza d'onda della radiazione laser determina la portata del laser in oftalmologia. Ad esempio, un laser ad argon emette luce nelle gamme blu e verde, che coincide con lo spettro di assorbimento dell'emoglobina. Ciò consente di utilizzare efficacemente il laser ad argon nel trattamento delle patologie vascolari: retinopatia diabetica, trombosi venosa retinica, angiomatosi di Hippel-Lindau, morbo di Coates, ecc.; Il 70% delle radiazioni blu-verdi viene assorbito dalla melanina e viene utilizzato principalmente per influenzare le formazioni pigmentate. Il laser krypton emette luce nelle gamme gialle e rosse, che vengono assorbite al massimo dall'epitelio pigmentato e dalla coroide, senza causare danni allo strato neurale della retina, che è particolarmente importante durante la coagulazione dipartimenti centrali retina.

Il laser a diodi è indispensabile nel trattamento di vari tipi di patologie dell'area maculare della retina, poiché la lipofuscina non ne assorbe le radiazioni. La radiazione laser a diodi (810 nm) penetra coroide occhi a una profondità maggiore rispetto alla radiazione dei laser ad argon e krypton. Poiché la sua radiazione si verifica nella gamma degli infrarossi, i pazienti non avvertono un effetto accecante durante la coagulazione. I laser a diodi a semiconduttore sono più piccoli dei laser a gas inerte, possono essere alimentati da batterie e non necessitano di raffreddamento ad acqua. La radiazione laser può essere applicata a un oftalmoscopio oa una lampada a fessura utilizzando fibre ottiche di vetro, il che rende possibile l'uso del laser a diodi in ambito ambulatoriale o in un letto d'ospedale.

Il laser al neodimio ittrio e alluminio granato (laser Nd:YAG) con radiazione nel vicino infrarosso (1,06 μm), operante in modalità pulsata, viene utilizzato per accurate incisioni intraoculari, dissezione cataratta secondaria e la formazione degli alunni. La fonte di radiazione laser (mezzo attivo) in questi laser è un cristallo di granato di iridio-alluminio con l'inclusione di atomi di neodimio nella sua struttura. Questo laser "YAG" prende il nome dalle prime lettere del cristallo che lo emette. Il laser Nd:YAG con raddoppio della frequenza, che emette a una lunghezza d'onda di 532 nm, è un serio concorrente del laser ad argon, in quanto può essere utilizzato anche nella patologia della regione maculare.

I laser He-Ne sono a bassa energia, funzionano in modalità continua di radiazione, hanno un effetto biostimolante.

I laser ad eccimeri emettono nella gamma degli ultravioletti (lunghezza d'onda - 193-351 nm). Con questi laser è possibile rimuovere determinate aree superficiali di tessuto con una precisione fino a 500 nm utilizzando un processo di fotoablazione (evaporazione).

I laser oftalmici utilizzati nella correzione della vista sono diventati una vera svolta nel trattamento delle patologie oculari ai loro tempi. Questo metodo di correzione rimane la direzione di punta dell'oftalmologia moderna. Con l'aiuto di sempre più progressi in questo settore, i medici risolvono facilmente e semplicemente il problema, restituendo la vista a milioni di persone con diverse forme le sue violazioni.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di questi sistemi?

Lettura!

Laser oftalmici ad eccimeri per la correzione della vista

Prima di iniziare a considerare questo argomento, dobbiamo decidere su alcuni punti.

Le indicazioni per la microchirurgia laser sono:

1. Cataratta da glaucoma
2. Processi atrofici nella retina causati dall'età del paziente
3. Miopia, ipermetropia e astigmatismo
4. Rischio di distacco o rottura della retina
5. Cambiamenti secondari nella retina nel diabete mellito, ecc.

In oftalmologia, nel primo dei campi medici, iniziarono a utilizzare la radiazione laser per il trattamento delle malattie, ad es. — chirurgia patologia dell'apparato ottico dell'occhio.

Video: correzione della visione laser

Attualmente, gli oftalmologi praticano una serie di laser, incluso l'eccimero (leggi - doppio), di diversi produttori, tra cui:

• Domestico.
• Americano.
• Tedesco.
• Giapponese.

Considera i loro alcuni tipi, caratteristiche e altri punti.

Operazioni

Grazie alle tecnologie utilizzate per eseguire operazioni che coinvolgono laser ad eccimeri, da occhiali e lenti a contatto sbarazzarsi delle persone a cui è controindicato indossarli (vigili del fuoco, militari, ecc.).

Indicazioni per la correzione laser:

1. Miopia.
2. Lungimiranza.
3. e altre patologie.

Quindi, dettagli.

Questo tipo di laser è correlato ai dispositivi laser a gas.

Cos'è un eccimero? Abbreviazione, tradotta letteralmente come dimero eccitato.

Di norma, nella pratica vengono utilizzati laser ad eccimeri che emettono fotoni nello spettro ultravioletto.

• Elevata efficienza e affidabilità.
• Alta velocità: l'operazione non richiede più di 20-15 minuti.
• Minimo dolore e rischio di complicanze.
• Riduzione dei tempi: la correzione avviene senza ricovero in modalità "un giorno".
• Effetto a qualsiasi età.
• Sicurezza d'uso.
• Tempo minimo di recupero dopo la correzione.

A PROPOSITO: In alcuni casi, la luce pulsata ad alta potenza sostituisce il bisturi senza aumentare la temperatura e la distruzione termica delle cellule che potrebbero distruggere i tessuti più profondi.

Il lavoro di tutti usati nel moderno pratica clinica, i laser ad eccimeri vengono eseguiti in modalità pulsata con la stessa gamma di lunghezze d'onda. La differenza tra i dispositivi è forma del raggio laser(punto di volo, fenditura di scansione) e nella composizione di un gas inerte.

Ogni impulso fornisce l'evaporazione dello strato corneo, il cui spessore è di 0,25 micron.

A causa di questa accuratezza, gli oftalmologi ricevono migliori risultati utilizzando un laser ad eccimeri.

Modelli di laser ad eccimeri:

1. VISXSTAR S4IR– i prodotti del leader mondiale nella produzione di apparecchiature mediche Abbott ampliano le possibilità per i chirurghi oftalmici.
2. ZEISS MEL-80- uno dei rappresentanti ultima generazione utilizzato per la chirurgia refrattiva.
   
3. Tecnolas 217z100- Il prodotto tedesco aiuta i medici a combattere la miopia, l'ipermetropia e l'astigmatismo di vario grado.
   
4. FS200 WaveLight– un dispositivo di laser di ultima generazione ad altissima velocità, che permette di formare un lembo dalla cornea in sei secondi.
   
5. - ampiamente utilizzato nella chirurgia oftalmica refrattiva.
   
6. IntraLaseFS60- l'alta frequenza e la breve durata degli impulsi consentono di separare gli strati della cornea senza effetti termici e meccanici sui tessuti circostanti dell'occhio.
   In combinazione con VISX Star S4 IR e l'aberrometro WaveScan, la correzione della visione laser tiene conto delle più piccole sfumature e caratteristiche del sistema visivo del paziente.

Laser a femtosecondi in oftalmologia: vantaggi e svantaggi, indicazioni per l'uso

Il laser a femtosecondi è un impulso super breve con 1 impulso per femtosecondo. Ciò consente agli oftalmologi di penetrare nei tessuti degli occhi senza sangue, senza gravi lesioni.

Le operazioni eseguite con questa tecnica sono le più sicure. Certo, è un po' datato.

Un laser a femtosecondi viene utilizzato per rimuovere aree patologiche della cornea e formare la sua nuova forma in:

• astigmatismo miope.
• Astigmatismo ipermetropico.
• Impianto di anelli intrastromali nel cheratocono.
• Astigmatismo con errori di rifrazione di gravità moderata e lieve.
• Miopia, lungimiranza.
• Cheratoplastica parziale (ad esempio, con).
• Stratificato o attraverso "trapianto" della cornea, ecc.

Provato, altamente preciso e massimo modo sicuro correzione della vista, che non ha praticamente controindicazioni:

1. Fornisce velocità (il paziente torna a casa 1 ora dopo l'operazione) e l'assenza di strumenti oftalmici a contatto diretto.
2. Consente di evitare disagi per il paziente, traumi, effetti collaterali e operazioni fallite.
3. Garantisce la penetrazione nei tessuti della cornea esattamente alla profondità specificata dallo specialista.
4. Con la possibilità di formare lembi corneali di varie configurazioni da tessuti separati ed eliminare gli errori di rifrazione.
5. Con la rapida guarigione e la riduzione al minimo della riabilitazione, ecc.

Non ci sono molti svantaggi del metodo, ma i principali svantaggi sono l'alto costo del trattamento e il possibile sviluppo di astigmatismo temporaneo dopo l'intervento chirurgico.

RICORDARE: Il cosiddetto effetto "taglio a cupola", che si verifica con questo metodo di trattamento, peggiora la visione dei pazienti durante la notte e la sera durante la guida.

Microcheratomi in oftalmologia per chirurgia oculare laser

Quale sarà il risultato correzione laser visione?

Molti fattori giocano un ruolo qui, tra cui:

• L'esperienza dello specialista che esegue queste manipolazioni.
• Il metodo di trattamento utilizzato.
• Il laser che verrà applicato durante questa procedura e così via.

Tuttavia, il microcheratomo, un dispositivo per operazioni laser sugli occhi, occupa anche un posto significativo.

Questo dispositivo, che funziona offline, cioè senza la partecipazione dell'elettricità, viene utilizzato durante la conduzione (senza la partecipazione di un microcoltello).

Il compito dello specialista è separare gli strati superiori della cornea utilizzando il dispositivo. Di conseguenza, è possibile eseguire operazioni su entrambi gli occhi contemporaneamente.