Лазеры в медицине

Принцип действия лазеров

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — это источник когерентного, монохроматического и направленного излучения, получаемого в результате индуцированного испускания фотонов. В основе работы лазера лежат три основных процесса: спонтанное излучение, вынужденное (индуцированное) излучение и инверсная заселенность энергетических уровней. Для получения лазерного излучения необходимо, чтобы число возбужденных атомов или молекул в активной среде превышало число находящихся в основном состоянии, то есть создаётся инверсная заселенность. В условиях резонатора (зеркала, усиливающие и направляющие свет) усиливается когерентный поток фотонов.

Классификация лазеров, применяемых в медицине

Лазеры классифицируются по различным признакам:

  • По типу активной среды:

    • Газовые (например, СО₂-лазер, гелий-неоновый лазер)
    • Твердотельные (например, рубиновый, неодимовый:YAG)
    • Полупроводниковые (диодные лазеры)
    • Жидкостные (лазеры на красителях)

  • По длине волны: Каждый тип лазера излучает в узком диапазоне длины волны, что определяет его взаимодействие с биотканями. Например:

    • СО₂-лазер — 10,6 мкм (интенсивно поглощается водой)
    • Nd:YAG — 1064 нм (глубже проникает в ткани)
    • Эрбиевый лазер — 2940 нм (высокое поглощение водой, минимальное тепловое повреждение)

  • По режиму работы:

    • Непрерывные
    • Импульсные
    • Сверхкороткоимпульсные (пикосекундные, фемтосекундные)

Физические параметры лазерного излучения и их биологическое значение

  • Длина волны определяет глубину проникновения и коэффициент поглощения в различных тканях (вода, гемоглобин, меланин и др.).
  • Мощность и плотность энергии (Вт/см², Дж/см²) влияют на степень нагрева, испарения, коагуляции или разрушения тканей.
  • Время воздействия определяет термический профиль воздействия: короткие импульсы минимизируют тепловое повреждение.
  • Режим сканирования или фокусировки луча влияет на площадь воздействия и глубину проникновения.

Взаимодействие лазерного излучения с биотканями

В зависимости от параметров лазерного излучения, возможны следующие типы взаимодействия с тканями:

  • Фототермическое воздействие Вызвано нагревом ткани вследствие поглощения излучения. Возможны эффекты:

    • Гипертермия (нагрев до 42–45 °C)
    • Коагуляция (60–100 °C, денатурация белков)
    • Вапоризация (испарение воды при 100 °C и выше)
    • Карбонизация (>300 °C, обугливание)

  • Фотоакустический эффект При импульсном лазерном воздействии с высокой мощностью возникает механическая волна вследствие быстрого расширения ткани, что может приводить к разрушению структур (литотрипсия, лазерная хирургия сетчатки).

  • Фотохимические процессы Лежат в основе фотодинамической терапии, когда лазер активирует фотосенсибилизатор в тканях, вызывая образование активных форм кислорода и разрушение патологических клеток.

  • Фотодеструкция Применяется при селективном разрушении клеток, например, в дерматологии для удаления сосудистых образований.

Применение лазеров в различных областях медицины

Хирургия

Лазеры широко используются в бесконтактной резекции тканей с минимальной кровопотерей:

  • Общая хирургия: резекция опухолей, гемостаз, испарение кист, абляция слизистых.
  • ЛОР-хирургия: тонзиллэктомия, полипэктомия, лазерная септопластика.
  • Нейрохирургия: микронеохирургические вмешательства, особенно при доступе к глубоко расположенным структурам мозга.
  • Гинекология: коагуляция эрозий шейки матки, миомэктомия, абляция эндометрия.

Офтальмология

  • Фоторетинокоагуляция при диабетической ретинопатии и тромбозах сосудов сетчатки.
  • Лазерная иридотомия при глаукоме.
  • Лазерная кератомилезия (LASIK, PRK) — рефракционные операции на роговице.
  • Капсулотомия при вторичной катаракте.

Дерматология и косметология

  • Удаление сосудистых образований: гемангиомы, телеангиэктазии (лазеры с длиной волны 585–595 нм, селективно поглощаемые оксигемоглобином).
  • Удаление пигментных пятен, татуировок: короткоимпульсные лазеры (Q-switched), поглощение меланином.
  • Омоложение кожи (лазерный пилинг): СО₂ и эрбиевые лазеры стимулируют неоколлагенез.
  • Лазерная эпиляция: селективное разрушение волосяных фолликулов при помощи диодных или александритовых лазеров.

Стоматология

  • Разрезание мягких тканей с коагуляцией
  • Удаление кариозных тканей и стерилизация полостей
  • Дезинфекция корневых каналов
  • Отбеливание зубов с применением активируемых лазером гелей

Онкология

  • Фотодинамическая терапия (ФДТ): комбинация лазерного излучения и фотосенсибилизатора позволяет избирательно разрушать опухолевые клетки.
  • Интерстициальная лазерная терапия: введение лазерного волокна внутрь опухоли и локальное тепловое разрушение.
  • Лазерная вапоризация опухолей при паллиативном лечении неоперабельных новообразований (трахея, пищевод).

Урология

  • Лазерная литотрипсия: разрушение камней в почках и мочеточниках (чаще с использованием гольмиевого лазера).
  • Резекция доброкачественной гиперплазии предстательной железы
  • Коагуляция опухолей мочевого пузыря

Преимущества лазерных методов в медицине

  • Высокая точность воздействия
  • Минимальное повреждение окружающих тканей
  • Бесконтактность и стерильность процедуры
  • Эффективная коагуляция сосудов
  • Быстрое заживление с минимальным рубцеванием
  • Возможность проведения вмешательств в амбулаторных условиях

Физико-технические аспекты обеспечения лазерной терапии

  • Системы доставки излучения: оптоволоконные кабели, микроманипуляторы, эндоскопы.
  • Системы охлаждения тканей: воздушное, криогенное, контактное — используются для защиты поверхностных слоёв при лазерной абляции.
  • Контроль параметров: мониторы плотности энергии, системы визуализации (КТ, УЗИ, МРТ) при направленном воздействии.
  • Соблюдение мер безопасности: фильтрация рассеянного излучения, защита глаз (лазерные очки, экраны), контроль длины волны и мощности.

Опасности и ограничения применения

Несмотря на эффективность, лазеры требуют строгого соблюдения техники безопасности:

  • Повреждение глаз — даже отражённое лазерное излучение может вызвать ожог сетчатки.
  • Термические ожоги — при неправильной фокусировке луча или чрезмерной экспозиции.
  • Воздействие на ДНК — некоторые длины волн могут вызывать мутагенный эффект.
  • Ограничения при наличии фоточувствительных заболеваний или имплантированных устройств.

Перспективы развития

Современные направления исследований в лазерной медицине включают:

  • Использование фемтосекундных лазеров для наноразрешающей хирургии
  • Лазерно-индуцированная биопечать и тканевая инженерия
  • Комбинированные технологии (лазер + ультразвук, лазер + наночастицы)
  • Роботизированные лазерные хирургические комплексы
  • Персонализированная лазерная терапия на основе оптической биомаркеровки

Лазеры продолжают оставаться одним из самых высокотехнологичных и универсальных инструментов в арсенале современной медицины. Их физические свойства, при должном контроле и понимании взаимодействия с тканями, позволяют решать сложнейшие клинические задачи с высокой точностью и безопасностью.

Оглавление