Лазеры. Применение лазеров в медицине

1.

«ЛАЗЕРЫ.
ПРИМЕНЕНИЕ
ЛАЗЕРОВ В
МЕДИЦИНЕ. "
Загурский Илья 7В класс

2.

Слайд 1 История открытия лазера
• Индуцированное излучение.
В 1917 г. Эйнштейн предсказал возможность так
• называемого индуцированного (вынужденного) излучения света атомами.
• Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов
• под действием падающего на них света. Замечательной особенностью этого
• излучения является то, что возникшая при индуцированном излучении световая
• волна не отличается от волны, падающей на атом, ни частотой, ни фазой, ни
• поляризацией.
• В 1953 г. профессор Чарльз Таунс из Университета Калифорнии в Беркли сумел вместе с коллегами получить первый пучок
когерентного излучения, а именно микроволн. Устройство назвали мазером (maser — по первым буквам слов фразы
«microwave amplification through stimulated emission of radiation», т.е. «усиление микроволн через стимуляцию
излучения».) Позже, в 1964 г., Таунс вместе с русскими физиками Николаем Басовым и Александром Прохоровым получил
Нобелевскую премию. Вскоре результаты ученых были распространены и на видимый свет. Так родился лазер. Слово лазер
образовано как сочетание первых букв слов английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation»
• («усиление света при помощи индуцированного излучения»).

3.

Слайд 2 Схема 1. Физика Лазера.
Рис 1 Падающий фотон с энергией
hv возбуждает атом, переводя
электрон в состояние с более
высокой энергией (а); электрон
возвращается в основное состояние
и испускает фотон с энергией hv
Согласно квантовой механике, эти
два процесса математически
эквивалентны. Физическое их различие заключается в том, что в
первом процессе энергия hv
поглощается, а во втором
возбуждения в результате
самопроизвольного испускания, мы,
стало быть, лишь стимулировали
процесс, который так или иначе
должен был произойти. Различие
заключается в том, что в
самопроизвольном процессе фотоны
излучаются в случайных направлениях и с разными фазами, а при
вынужденном излучении фотоны
испускаются практически
одновременно и в фазе. См рис 2

4.

Слайд 3 Схема 2 . Физика лазера.
Рис 1 и рис 2 – пояснения рис.
2

5.

Слайд 4 Схема 3 . Физика лазера.
Рис 3Некоторые уровни
энергии атомов хрома в
кристалле рубина.
Излучение накачки {стрелки,
направленные вверх)
возбуждает электрон в две
энергетические полосы Ег и
Еу, затем происходит
переход в состояние Ev
которое является рабочим
состоянием лазера.
Лазерное излучение {красная
стрелка) состоит из
красных фотонов

6.

Слайд 5 Схема 4. Устройство рубинового лазера.
Схема рубинового лазера.
Излучение накачки создается интенсивным источником белого света. Испущенные фотоны отражаются параллельными зеркалами и накапливаются. Направленный пучок образуется фотонами,
вылетающими через частично отражающий торец
цилиндра.
Накачка производится с помощью разрядной лампы
большой мощности, которая имеет форму спирали,
обвивающей цилиндрический кристалл. Как только при
самопроизвольном переходе Е^Е0 образуется один
фотон, начинается усиление света вынужденным
излучением. Фотоны, движущиеся параллельно оси
цилиндра, отражаются от его торцов и снова проходят
через кристалл, стимулируя испускание
дополнительных фотонов. Часть этого излучения
выходит через не полностью отражающий торец и
образует лазерный пучок. Большая часть самопроизвольно испущенных фотонов движется непараллельно
оси; эти фотоны отражаются в кристалле и в конце
концов выходят через боковую поверхность цилиндра.
Они не вносят вклада в лазерный пучок, однако
достаточное число фотонов отражается от торцов
цилиндра и поддерживает действие лазера.
Энергия непрерывно накачивается в кристалл
источником света, и некоторая ее доля (обычно очень
незначительная) испускается в виде лазерного пучка;
это излучение когерентно, почти монохроматично и
имеет высокую степень направленности. Однако лазер
никоим образом не является «источником» энергии. В
действительности в пучок преобразуется только малая
доля затраченной энергии. Однако вся излучаемая
энергия сосредоточена в тонком пучке с малой
площадью поперечного сечения и с высокой
монохроматичностью.

7.

Слайд 6 .Типы лазеров и их особенности
• • Газовые лазеры. Эта категория включает и чрезвычайно распространенные гелий-неоновые лазеры, дающие очень
знакомый красный луч. Накачивают их при помощи радиоволн или электричества. Гелий-неоновые лазеры обладают
небольшой мощностью. А вот газовые лазеры на углекислом газе можно использовать при подрывных работах, для резки
и плавки металлов в тяжелой промышленности; они способны давать чрезвычайно мощный и совершенно невидимый
луч;
• • Химические лазеры. Эти мощные лазеры заря жаются от химической реакции Такие лазеры достаточно мощны, чтобы
найти применение в военной области. В США химический принцип накачки применяется в воздушных и наземных боевых
лазерах, способных давать луч мощностью в миллионы ватт и предназначенных для сбивания в полете ракет малой
дальности.
• • Эксимерные лазеры. Эти лазеры получают энергию также от химической реакции, в которой обычно задействованы
инертный газ (т.е. аргон, криптон или ксенон) и какой-нибудь фторид или хлорид. Они дают ультрафиолетовый свет и могут
использоваться в элек тронной промышленности для вытравливания кро хотных транзисторов на полупроводниковых
чипах, а также в хирургии глаза для проведения тончайших операций по технологии Lasik.
• • Полупроводниковые лазеры. Диоды, которые мы так широко используем во всевозможных электрон ных устройствах,
могут давать мощные лазерные лучи, которые используются в промышленности для резки и сварки. Эти же
полупроводниковые лазеры работа ют и в кассовых аппаратах, считывая штрихкоды с выбранных вами товаров.
• • Лазеры на красителях. В этих лазерах в качестве рабочего тела используются органические красите ли. Они
исключительно полезны в получении ультра коротких импульсов света, которые часто имеют длительность порядка одной
триллионной доли секунды.

8.

Слайд 7 «Звездные войны» 1970 год
Я думаю, что те мальчишки,
которые планировали стать
врачами мечтали не об оружии,
которое направлено на
уничтожение, а о
хирургическом лазерном
скальпеле, который будет
помогать сохранять жизни .
Сегодня эта мечта стала
реальностью. Лазеры сейчас
широко применяются в
хирургии и не только. А вот
создание лазерного меча пока
только в перспективе.

9.

Слайд 8 .Три группы лазеров в медицине.
• Лазеры делятся на три группы:
• 1.Хирургические
• 2. Терапевтические
• 3. Диагностические

10.

Слайд 9 .Две группы хирургических лазеров
Хирургические лазеры делятся
на две большие группы:
абляционные (от лат. ablatio –
«отнятие»; в медицине –
хирургическое удаление,
ампутация) и неабляционные
лазеры. Абляционные лазеры
ближе к скальпелю.
Необляционные лазеры
действуют по другому принципу:
после обработки какого-то
объекта, например, бородавки,
папилломы или гемангиомы,
таким лазером, этот объект
остаётся на месте, но через
какое-то время в нём проходит
серия биологических эффектов и
он отмирает. На практике это
выглядит так: новообразование
мумифицируется, засыхает и
отпадает.

11.

Слайд 10. Лазеры в лечении онкологических
заболеваний
В онкологии было замечено, что
лазерный луч оказывает
разрушающее действие на
опухолевые клетки. Механизм
разрушения основан на термическом
эффекте, вследствие которого
возникает разность температур
между поверхностными и
внутренними частями объекта,
приводящая к сильным
динамическим эффектам и
разрушению опухолевых клеток.
Сегодня также очень перспективно
такое направление, как
фотодинамическая терапия.
Появляется множество статей о
клиническом применении данного
метода. Суть его состоит в том, что в
организм пациента вводят
специальное вещество –
фотосенсибилизатор. Это вещество
избирательно накапливается раковой
опухолью. После облучения опухоли
специальным лазером происходит
серия фотохимических реакций с
выделением кислорода, который
убивает раковые клетки.

12.

Слайд 11.Внутревенное лазерное облучение крови
Одним из способов
воздействия лазерным
излучением на организм
является внутривенное
лазерное облучение крови
(ВЛОК), которое в настоящее
время успешно используется в
кардиологии, пульмонологии,
эндокринологии,
гастроэнтерологии,
гинекологии, урологии,
анестезиологии, дерматологии
и других областях медицины.
Глубокая научная проработка
вопроса и прогнозируемость
результатов способствуют
применению ВЛОК как
самостоятельно, так и в
комплексе с другими методами
лечения.

13.

Слайд 12. Лазеры в офтольмологии
В офтальмологии лазеры
применяют как для лечения,
так и для диагностики. С
помощью лазера производят
приварку сетчатки глаза,
сварку сосудов глазной
сосудистой оболочки. Для
микрохирургии по лечению
глаукомы служат аргоновые
лазеры, излучающие в синезелёной области спектра. Для
коррекции зрения давно и
успешно используются
эксимерные лазеры.

14.

Слайд 13. Лазеры в стоматологии
В стоматологии лазерное
излучение является наиболее
эффективным
физиотерапевтическим
средством лечения
пародонтоза и заболеваний
слизистой оболочки полости
рта

15.

Слайд 14.Лазеры в диагностике
В диагностике лазеры
применяются для обнаружения
различных неоднородностей
(опухолей, гематом) и
измерения параметров живого
организма. Основы
диагностических операций
сводятся к пропусканию через
тело пациента (либо один из
его органов) лазерного луча и
по спектру или амплитуде
прошедшего или отражённого
излучения выводят диагноз.

16.

Слайд 15. Выводы
1.Лазеры очень поспособствовали развитию медицины. Благодаря им стало
возможно то, что раньше считалось невероятным и немыслимым. С их помощью
врачи спасли не одну тысячу жизней.
2.Каждый вид лазера используется в своей области, дело не ограничивается
медициной. Да и в медицине используются десятки видов лазеров для разных
применений.
3.Все возрастающий интерес к использованию лазеров в медицине привел к
необходимости создания специальных лазерных отделений и операционных,
достаточно приспособленных к безопасной эксплуатации. Главным вопросом
становится защита медицинского и технического персонала от влияния вредных
факторов лазерного излучения

17.

Слайд 16. Выводы
4. Учитывая, что комбинированные методы лечения наиболее эффективны, на
современном этапе онкологии лазерное излучение можно использовать при
комбинированном лечении опухолей. Излучение лазера в некоторых случаях
целесообразно комбинировать с ионизирующим излучением, лекарственными
противоопухолевыми препаратами, хирургическими операциями.
5.Наука не стоит на месте. Появляются новые виды лазеров. Еще недавно был
открыт лазер на основе графена, работающий почти на всех возможных
частотах.В лабораториях появляются всё более мощные системы лазеров
достигающие громадных температур. Перспектива развития лазеров ещё
невероятна велика