XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Внедрение информационных технологий в течение последнего десятилетия происходит в различные области деятельности, особенно глубоко они проникли в медицинскую сферу деятельности.

Применение лазеров в медицине начиналось с использования технологий излучения как скальпеля. Происходит бесконтактное воздействие тепловым образом, следовательно, не возникает возможности занесения какой-либо инфекции, а также само тепловое воздействие до высоких температур приводит к стерилизации среза. Как раньше, так и сейчас основной проблемой хирургов является кровь, но использование лазера позволяет коагулировать кровь и останавливать кровопотерю, фактически ее нет, и хирург получает возможность работать на сухом операционном столе.

В зависимости от длины волны излучения можно регулировать глубину проникновения и размер разреза, это помогает наносить минимальные внешние повреждения при серьезных операциях или косметологических процедурах.

Технологии развивались и в использовании лазера начали видеть нечто большее, чем просто скальпель. Появилось такое понятие как силовая лазерная терапия, которая позволяет удалять «объекты» тепловым воздействием. Это значит, что чтобы устранить очаг патологии происходит воздействие на него теплового лазера: внутрь злокачественной опухоли вводится световод со специальным наконечником и изнутри опухоль прогревается в диапазоне от 42 до 45 градусов (это температура, которую здоровые клетки выдерживают, а злокачественные – погибают), в случае чего происходит обратимая потеря зараженных клеток с возможным рубцеванием или замене их на здоровые.

Также можно проводить лазерами очень тяжелые операции на хрящи, которые больше будут относится к косметологическим вмешательствам, но, в отличии от традиционного воздействия на клетки, использование теплового позволит хрящам обеспечить тканям обратимое восстановление с изменением изначальных дефектов, но без нарушения физики в них.

Лазерное излучение является когерентным и прогревает нужные области избирательно на определенную глубину, при этом за счет большого поглощения энергии аппарат быстро разогревает нужную область, не задевая окружающие ткани.

Как всем известно организм – живая ткань, а большую часть ткани составляет вода, поэтому традиционно, когда подбирается лазерное излучение, то делается проксимация исходя из насыщенности тканей водой. Помимо этого, основными хромофорами, веществами, поглощающими лазерное излучение, является гемоглобин - в крови, меланин при работе с кожей, и различные пигменты или белки. И в зависимости от преобладания в тканях определенных видов хромофор происходит подбор лазерного излучения для данного спектрального диапазона.

Методы лазерной диагностики можно разделить на 2 больших класса: микродиагностика на уровне атомов и молекул и макродиагностика на уровне клеток и органов. Микродиагностика включает в себя все средства линейной, нелинейной и молекулярной лазерной спектроскопии, макродиагностика использует методы упругого и квазиупругого рассеивания света, дифрактометрию, интерферометрию и голографию. Микродиагностика является основой молекулярной визуализации биологических тканей и клеток.

Основные методы диагностики, используемые в современной медицине:

1. Интерферометрия: когда лазерное излучение отражается от шероховатой поверхности, образуются вторичные волны, которые мешают друг другу. В результате формируются изображения темных и светлых пятен, расположение которых дает информацию о поверхности биологического объекта (метод спеклоинтерферометрии).

2. Голография: используя лазерное излучение, можно получить трехмерное изображение объекта. В медицине этот метод позволяет получать объемное изображение глаз, внутренних полостей желудка и так далее. На основе гелий-неонового лазера с использованием волоконной оптики были разработаны гастроскопы, которые позволяют получать голографические изображения внутренней полости желудка.

3. Рассеяние света: при прохождении большого направленного лазерного пучка через прозрачный объект рассеивание света изменяет распределение интенсивности в пространстве. Регистрация угловой зависимости интенсивности рассеянного света (нефелометрический метод) позволяет определить размер частиц среды (0,02–300 мкм) и степень их деформации.

4. Эффект Доплера: этот метод основан на измерении доплеровского сдвига частоты, который возникает даже от медленно движущихся частиц во время отражения (анемометрический метод). Таким образом измеряется скорость кровотока в кровеносных сосудах, подвижность бактерий и т. д.

5. Квазиупругое рассеяние: данный метод позволяет получить информацию о переменных характеристиках рассеивателей: коэффициент диффузии, скорость направленного транспорта, размеры. Так производится диагностика макромолекул белка.

6. Лазерная масс-спектроскопия: этот метод используется для изучения химического состава объекта. Мощные лазерные лучи испаряют вещество с поверхности биологического объекта. Микропробы испаренного вещества подвергаются масс-спектрометрическому анализу, по результатам которого судят о составе вещества.

7. Лазерный анализ крови: лазерныый луч, проходящий через узкий кварцевый капилляр, через который прокачивается специально обработанная кровь, вызывает флуоресценцию клеток крови. Затем флуоресцентный свечение улавливается чувствительным датчиком. Это свечение специфично для каждого типа клеток, которые поодиночке проходят через участок сечения лазерного луча. Подсчитывается общее количество клеток в заданном объеме крови. Для каждого типа ячеек определяются точные количественные показатели.

8. Метод фоторазрушения: он используется для исследования состава поверхности объекта. Мощные пучки лазерного излучения позволяют брать микропрепараты с поверхности биологических объектов путем испарения вещества и последующего масс-спектрального анализа этого пара.

Эффективность лазерной терапии зависит, прежде всего, от методов воздействия и/или их сочетания, а также от технически правильной реализации выбранных методов.

Главной целью лазерной терапии является пространственно-временная организация лазерного воздействия.

Один из действенных методов лазерной терапии – лазерная селективная гипертермия, которая перспективна для использования в лечении и удалении раковых опухолей. Более сильный нагрев ткани под действие лазерного излучения приводит к ее коагуляции, что так же применяется в медицине для лечения раковых опухолей. Такой метод терапии называется лазерная межтканевая термотерапия. Эта терапия приближена к методам хирургического воздействия на организм и является минимально-инвазивной.

Фотосклеротерапия обеспечивает тепловое или механическое разрушение сосудистых структур при поглощении световых лучей кровью, находящейся в этих сосудах. При такой терапии сосуд закрывается за счет денатурации сосудистой оболочки, вызываемой тепловой передачей от нагреваемой лазерным воздействием крови.

Виды лазерной термотерапии требуют тщательной дозиметрии лазерного излучения, проверенных данных по оптическим и теплофизическим параметрам биотканей и применения средств управления этими параметрами.

На сегодняшний день стоматология, урология, гинекология, нейрохирургия, кардиология и онкология могут быть успешно включены в традиционные области применения лазеров. Эти технологии составляют отличную конкуренцию открытым полостным операциям, косметологическому вмешательству или коррекции, поскольку они менее травматичны, сокращают период восстановления и реабилитации и более точны. Кроме того, лазер используется не только при лечении заболеваний, но и при их диагностике и терапии, что в некоторых областях значительно упрощает медицинскую деятельность.