физикаПроект1

1. Принцип работы лазеров и его применение в медицине

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРОВ И ЕГО
ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ
Слинкин Д. В.
МиР-241

2. ПЛан: 1: Теоретические основы работы лазеров 2: Применение лазеров в медицине 3: Безопасность работы с лазерными установками 4:

ПЛАН:
1: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
РАБОТЫ ЛАЗЕРОВ
2: ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В
МЕДИЦИНЕ
3: БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТЫ С
ЛАЗЕРНЫМИ УСТАНОВКАМИ
4: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В
ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
5: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

3. Теоретические основы работы лазеров

ТЕОРЕТИЧЕС
КИЕ ОСНОВЫ
РАБОТЫ
ЛАЗЕРОВ
• Теоретические основы работы лазеров включают изучение принципа
работы, структуры устройства, видов лазеров и их применения. Эти основы
основаны на квантовой механике и оптической физике.
• Физическая основа — квантовомеханическое явление вынужденного
(индуцированного) излучения. Эйнштейн заложил теоретические основы
лазеров, представив теорию вынужденного излучения.
• Принцип работы
• Процесс генерации излучения в лазере включает три этапа:
• 1 Насыщение активной среды — внешний источник энергии (накачка)
вызывает переход атомов на более высокие энергетические уровни, при этом
часть атомов остаётся на возбуждённых уровнях.
• 2 Распространение фотонов — когда активированные атомы возвращаются
на более низкие энергетические уровни, они испускают фотоны. Эти фотоны
затем сталкиваются с другими возбуждёнными атомами, вызывая их
стимулированную эмиссию и создавая цепную реакцию.
• 3 Выход излучения через зеркала резонатора — фотоны,
распространяющиеся внутри резонатора, усиливаются при прохождении
через активную среду и отражаются между зеркалами. При достижении
определённого порогового значения интенсивности часть фотонов проходит
через полупрозрачное зеркало, образуя лазерный луч.

4. Теоретические основы работы лазеров

ТЕОРЕТИЧЕС
КИЕ ОСНОВЫ
РАБОТЫ
ЛАЗЕРОВ
Структура
• Лазер состоит из трёх основных структурных элементов:
• 1 Активная среда — вещество или материал, способный подвергаться
стимулированной эмиссии и создавать фотоны. Например, активная среда
может быть кристаллом или газом.
• 2 Система накачки — внешний источник энергии, который возбуждает
атомы активной среды. Наиболее распространённые методы накачки:
оптическая и электрическая.
• 3 Оптический резонатор — система зеркал, которая обеспечивает обратную
связь и вынужденное излучение. Для вывода излучения из резонатора
обычно одно из зеркал делается частично прозрачным.
• Виды
• Некоторые типы лазеров:
• Газовые — используют газ в качестве среды для генерации света. Примеры:
гелий-неоновые (He-Ne) лазеры, лазеры на углекислом газе (CO2).
• Твердотельные — используют твёрдую среду, обычно кристалл или стекло,
легированное редкоземельными элементами.
• Волоконные — в качестве активной среды — оптическое волокно,
легированное редкоземельными элементами.
• Лазеры на красителях — используют растворы органических красителей в
качестве лазерной среды, которую можно настроить на излучение широкого
диапазона длин волн.

5. Применение лазеров в медицине

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕ
РОВ В МЕДИЦИНЕ
Лазеры применяются в медицине в разных областях: хирургии, физиотерапии, офтальмологии
и косметологии. Выбор типа лазера определяется характером задачи, типом тканей и требуемой
глубиной воздействия.
Хирургия
Лазерные технологии используются для высокоточных, малоинвазивных вмешательств.
Некоторые области применения:
Онкологическая хирургия — точечное удаление опухолевых тканей с минимальной
травматизацией здоровых структур.
Стоматология — удаление кариозных поражений, лечение гингивитов, периодонтитов.
Урология — лазерная литотрипсия для разрушения камней в почках и мочевыводящих путях без
открытых операций.
Гинекология — лечение эрозий шейки матки, удаление полипов, миом и других патологий.
Физиотерапия
Лазерная терапия применяется для лечения воспалительных процессов, ускорения регенерации
тканей, снятия боли и улучшения микроциркуляции. Некоторые направления:
Реабилитация после травм и операций — ускорение восстановления связок, мышц и кожи.
Лечение хронических воспалительных заболеваний — артриты, тендиниты, невралгии.
Дерматология — терапия псориаза, экземы, акне.
Стоматология — лечение воспалений дёсен, язв.

6. Применение лазеров в медицине

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕ
РОВ В МЕДИЦИНЕ
• Офтальмология
• Лазерное излучение используется в разных направлениях, например:
• Лазеркоагуляция — термическое воздействие лазерного луча, применяется
при диабетической ретинопатии и сосудистых патологиях глаза.
• Фотодеструкция — рассечение тканей под действием пиковой мощности
лазерного излучателя, используется при вторичной катаракте.
• Фотоиспарение и фотоинцизия — продолжительное тепловое воздействие
лазером с последующим испарением ткани, применяется для удаления
поверхностных новообразований на конъюнктиве и веках.
• Косметология
• Лазеры используются для решения различных эстетических проблем.
Некоторые направления:
• Удаление нежелательных волос — лазер разрушает волосяные фолликулы,
препятствуя их росту.
• Лечение сосудистых звёздочек и капилляров — лазер коагулирует сосуды,
убирая покраснения и сосудистые дефекты.
• Омоложение кожи — лазер стимулирует выработку коллагена, уменьшая
морщины, улучшая тонус и текстуру кожи.
• Удаление пигментации — лазерные импульсы воздействуют на меланин,
устраняя пигментные пятна.

7. Безопасность работы с лазерными установками

БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТЫ С ЛАЗЕРНЫМИ УСТАНОВКАМИ
Безопасность работы с лазерными установками включает требования к помещению, оборудованию и средствам защиты, а также обучение персонала правилам
безопасности. Степень опасности зависит от мощности лазера, длины волны и класса опасности лазерного станка.
• Требования к помещению
Оборудование размещают в отдельных помещениях с матовой поверхностью стен и потолка. Входные двери оборудуют внутренними замками, знаком лазерной
опасности и табло «Посторонним вход воспрещён».
Рабочее место должно быть достаточно просторным, хорошо освещённым, без загромождения проходов.
Обязательно наличие эффективной общей приточно-вытяжной вентиляции и локальной вытяжной системы (непосредственно из зоны резки) для удаления
вредных газов, дыма и пыли. Производительность системы должна соответствовать мощности оборудования и типу обрабатываемых материалов.
Помещение должно быть оснащено первичными средствами пожаротушения (огнетушители углекислотные или порошковые), соответствующими классу
возможного пожара. Легковоспламеняющиеся материалы должны храниться вдали от лазерного станка.
• Требования к помещению
Оборудование размещают в отдельных помещениях с матовой поверхностью стен и потолка. Входные двери оборудуют внутренними замками, знаком лазерной
опасности и табло «Посторонним вход воспрещён».
Рабочее место должно быть достаточно просторным, хорошо освещённым, без загромождения проходов.
Обязательно наличие эффективной общей приточно-вытяжной вентиляции и локальной вытяжной системы (непосредственно из зоны резки) для удаления
вредных газов, дыма и пыли. Производительность системы должна соответствовать мощности оборудования и типу обрабатываемых материалов.
Помещение должно быть оснащено первичными средствами пожаротушения (огнетушители углекислотные или порошковые), соответствующими классу
возможного пожара. Легковоспламеняющиеся материалы должны храниться вдали от лазерного станка.

8. Безопасность работы с лазерными установками

БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТЫ С ЛАЗЕРНЫМИ УСТАНОВКАМИ
• Оборудование
Лазерные станки высокой мощности (от 4 кВт и выше) должны быть оснащены защитой кабинетного типа, полностью изолирующей рабочее пространство. При
открывании двери защитной кабины лазерный луч должен автоматически отключаться.
Зеркала, линзы и делители пучков должны быть жёстко закреплены для предотвращения случайных зеркальных отражений излучения в рабочую зону.
Перемещение их во время работы лазера может производиться только под контролем ответственного лица с обязательным применением средств индивидуальной
защиты.
Запрещено отключать блокировку и сигнализацию во время работы лазера или зарядки конденсаторных батарей.
• Средства защиты
Для защиты глаз используют специальные защитные очки и экраны. Выбор очков должен подбираться строго в соответствии с типом лазера (длина волны) и его
мощностью.
Защитные ограждения и блокировки на оборудовании: кожухи, которые предотвращают выход лазерного излучения за пределы рабочей зоны, и интерлоки
(блокировки), которые автоматически прерывают работу лазера при открытии защитных дверей или снятии кожухов во время работы. Категорически запрещается
отключать или обходить системы блокировок.
• Обучение
Персонал, допускаемый к работе с лазерными установками, должен пройти инструктаж и специальное обучение безопасным приёмам и методам работы.
На рабочем месте оператора должна быть инструкция по технике безопасности для работающих на лазерном оборудовании, аптечка и инструкция по оказанию
первой помощи пострадавшему.

9. Современные тенденции в лазерных технологиях

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
• Использование зелёных и ультрафиолетовых лазеров. Они отличаются меньшим тепловым воздействием, высокой точностью и
возможностью работы с прозрачными материалами. Такие лазеры применяют в производстве микроэлектроники, биомедицине,
нанотехнологиях.
• Лазерная 3D-гравировка и объёмная маркировка. Развивается глубокая гравировка с переменной фокусировкой для создания рельефных
узоров на металле, камне, стекле. Также появляется лазерная объёмная печать, например, формирование 3D-структур внутри прозрачных
материалов.
• Искусственный интеллект и автоматизация в лазерной обработке. Нейросети анализируют материал и автоматически выбирают
мощность, скорость, частоту. Камеры корректируют траекторию реза в реальном времени, избегая дефектов. ИИ предупреждает о
необходимости замены линз или зеркал.
• Лазеры в аддитивном производстве (3D-печать металлом). Появляются быстрые многолазерные системы для одновременной печати
несколькими лучами, что ускоряет производство. Также разрабатывают гибридные станки, которые сочетают лазерную резку и 3D-печать в
одном устройстве.
• Экологичность и энергоэффективность. Производители создают энергосберегающие модели, разрабатывают системы фильтрации дыма и
утилизации металлической пыли. Также появляется лазерная очистка вместо химии для удаления краски, ржавчины и загрязнений без
вредных растворителей.
• Лазеры в быту и персонализация. К 2030 году лазерные технологии планируют сделать доступнее для домашнего использования, например,
в виде компактных DIY-лазеров. Также ожидается возможность персонализации всего, от гравировки смартфонов до создания уникальной
мебели.

10. Перспективы развития лазерных технологий

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
• Рост мощностей лазерных источников. Вероятно, появятся коммерчески доступные 100-кВт системы для резки и гибридной сварки
тяжёлых конструкций.
• Активное внедрение «умных» лазерных процессов. Они будут основаны на использовании искусственного интеллекта и машинного
обучения. Такие технологии позволят автоматизировать процесс лазерной обработки, минимизировать влияние человеческого фактора и
повысить стабильность и качество обработки.
• Массовое внедрение гибридных комплексов в области аддитивного производства (3D-печати). Они объединят возможности аддитивных
и субтрактивных технологий и позволят производить кастомизированные детали сложной геометрии, оптимизированные под конкретные
задачи.
• Развитие лазеров с регулируемой длиной волны. Это позволит одному устройству выполнять множество задач, от резки металлов до
обработки деликатных материалов, таких как пластик или биоткани.
• Появление лазеров на новых физических принципах. Исследователи работают над созданием лазеров, использующих новые физические
принципы, такие как квантовые каскадные лазеры и лазеры на основе плазмы.
• Улучшение экологических показателей. Будущие лазерные технологии будут направлены на снижение энергопотребления и уменьшение
выбросов.
• Снижение стоимости лазерных технологий. С развитием технологий и массовым производством лазеров их стоимость будет продолжать
снижаться, делая эти устройства доступными для малого и среднего бизнеса.
• Эксперты прогнозируют, что к 2030 году лазерная резка полностью вытеснит плазменную и гидроабразивную в большинстве отраслей.

11. конец

КОНЕЦ
• На последок хочу добавить
свое мнение о лазерах в
медицине. Я считаю что
лазеры сейчас и в будущем
незаменимое средство для
операций.