Лазер и условия его работы

Описание

↑ Что такое лазер?

Исаак Ньютон считал, что свет состоит из мельчайших частиц - корпускул, а его оппонент Христиан Г юйгенс считал, что из волн. Прошло больше трехсот лет, а люди до сих пор не знают ответа. Не разрешив спора, ученые мужи пришли к компромиссу - корпускулярно-волновой теории света. Корпускулу назвали фотоном, волну - квантом, изучили свойства света, но спор так и не разрешили.

В процессе изучения электромагнитных волн (от сантиметрового до микрометрового диапазона длин волн) было обнаружено, что некоторые вещества (твердые, жидкие или газообразные) под воздействием внешнего возбуждающего излучения или электричества испускают структурированный свет, имеющий одну длину волны, направление распространения и фазу.

Проще говоря, это то самое явление резонанса, которое мы знаем из школьного курса физики. Помните пример про мост? По мосту марширует рота солдат. Они идут в ногу, в определенном ритме. И это постоянно усиливающееся колебание приводит к обрушению моста, который в принципе рассчитан даже на проезд грузовиков. То же самое происходит и со светом. Огромное количество световых волн различных длины, фазы и направления не оказывают существенного влияния на нас с вами и даже порой полезны.

Под влиянием импульса внешнего источника энергии в активной среде атомы переходят в возбужденное состояние, то есть их электроны занимают энергетически более высокое положение. Затем электроны сами возвращаются в старое положение, при этом излучая квант света. Этот квант проходит через соседний атом, возбуждая его. Получается уже два кванта света. Начинается цепная реакция, усиливаемая тем, что активную среду окружают зеркальные поверхности. Отраженные от них кванты света стимулируют дальнейшее развитие цепной реакции, приводящей к вырастанию уровня мощности излучения до необходимых размеров. При этом все кванты имеют одно направление, одну фазу и длину волны, так как были генерированы атомами одного вещества.

Именно такое излучение назвали сначала оптическими мазерами (мазер -квантовый генератор электромагнитного излучения в сантиметровом диапазоне), затем оптическими квантовыми генераторами, а теперь лазерами. Лазер - усиление света посредством вынужденного излучения (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

↑ Какое действие оказывает лазер?

Структурированные таким образом волны света могут оздоровить или разрушить биологическую ткань. Действие лазера зависит от его длины волны, то есть от возбуждаемого вещества.

Лазер, активным телом которого является гелий-неоновая газовая смесь (длина волны 0,64 микрометра), имеет красный цвет и при непрерывном дозированном облучении им, скажем, ожога кожи, оказывает ранозаживляющее действие.

В лазерных указках применяется полупроводниковый лазерный диод, который абсолютно безвреден для кожи, но при длительном облучении глаза может вызвать снижение зрения. Указка с гелий-неоновым лазером была бы размером с хороший пенал и использовала бы для накачки активного тела источник питания с выходным напряжением порядка нескольких тысяч вольт.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Лазеры с активным веществом в виде кристалла алюмоиттриевого граната с неодимом (Nd: YAG) и с излучением на длине волны 1,064 мкм имеют зеленый цвет и в месте фокусировки импульса могут, например, сделать отверстие в радужке.

А лазер, активным телом которого являются смеси аргона и фтора (длина волны 0,193 мкм), может испарить биологическую ткань и называется эксимерным.

↑ Что вреднее: лазер или рентген?

Лазер не имеет ничего общего с рентгеновским излучением и радиацией. Все вышеописанные манипуляции с атомами не страшны, потому что не затрагивают и не могут затронуть ядро атома.

Лазеры по требованиям безопасности эксплуатации делятся на четыре класса:

1-й класс - прямое попадание лазера в глаза или на кожу безопасно;

2-й класс - прямое или отраженное излучение опасно для глаз;

3-й класс - диффузно отраженное излучение опасно для глаз на расстоянии до 10 см от отраженной поверхности;

4-й класс - диффузно отраженное излучение опасно для глаз и кожи на расстоянии до 10 см от отраженной поверхности.

Эксимерные лазеры имеют 4-й класс опасности. То есть можно получить поверхностный ожог. При этом лазер не может проникнуть через стекло. Ведь эксимерный лазер - структурированный ультрафиолетовый свет! Не скажу, что облучиться эксимерным лазером все равно, что позагорать, но это почти одно и то же. Именно благодаря своей неспособности проникать через даже прозрачные структуры эксимерный лазер и был выбран для проведения лазерной коррекции. Он может работать только на поверхности и почти не проникает внутрь глаза.

Что касается людей, работающих в лазерной операционной, то им следует носить защитные очки или хотя бы закрывать глаза во время работы лазера. Ведь работающие в операционной подвергаются воздействию лазера тысячи раз в течение многих лет. Отрицательный эффект, конечно, меньше, чем от взгляда на белый снег солнечным зимним днем, но, как говорится, вода камень точит.

↑ Что за слово «эксимер»?

Активной средой в эксимерных лазерах служит смесь инертных газов (аргон, криптон, ксенон) с фтором или хлором. При «возбуждении» этой смеси электрическим током образуются двойные молекулы, которые при распаде и излучают квант лазерного излучения. Слово «эксимер» образовано из двух слов: «exited» - возбуждение, «dimer» - двойная молекула. При проведении лазерной коррекции в настоящее время применяют в основном смесь аргона и фтора, потому что именно ее длина волны (0,193 мкм) обладает нужными свойствами.

↑ Из чего состоит эксимерная установка?

Из блока, продуцирующего эксимерный луч лазера, блока, продуцирующего прицельный луч лазера (видимый и безвредный, как гелий-неоновый), системы доставки излучения (несколько зеркал, формирующая структура и компьютер) и операционного микроскопа для наводки лазера на глаз пациента во время операции. Не обойтись, конечно, без операционного стола и стула для хирурга.

↑ На каком «топливе» работает лазер?

Электричество нужно для «накачки» камеры со смесью газов для продуцирования лазерного излучения, для работы наводящего лазера, для работы ламп, освещающих глаз пациента, и компьютера.

Баллон с аргоном и баллон с фтором. Газы смешиваются в газовой камере и с помощью электричества образуют излучение. Но через некоторое время газ надо менять. Это довольно дорого стоит, причем не столько сам газ, сколько совокупность мер по обеспечению герметичности его использования. Фтор токсичен, поэтому его герметичность очень важна.

Баллон с азотом. Тут все проще и дешевле. Азот как газ абсолютно безопасен, в данном случае его используют для продувания системы зеркал. Любая пылинка, попадающая на зеркало, под действием лазера сгорает и остается на поверхности как нагар. Так зеркало может перестать отражать луч и начнет поглощать его. Сначала это снижает мощность лазерного излучения, а потом начинает все больше разрушать зеркало, что нарушает доставку луча к глазу пациента. Поток азота постоянно продувает систему во время работы лазера и выводится за пределы операционной по специальному газоотводу.

↑ Какие модели лазеров лучше?

В начале девяностых годов прошлого века началось массовое серийное производство эксимерных лазеров, и в настоящее время моделей и марок очень много. В России применяются в основном три марки.

Японский эксимерный лазер Nidek создан на базе немецкого лазера фирмы Lambda Physik. Он занимает лидирующее положение по количеству аппаратов в нашей стране.

Немецкая фирма Zeiss-Meditec (цейсовские стекла - эталон качества оптики в любой отрасли) создала первый эксимерный лазер еще в 1986 г. Фирма и сейчас удерживает лидирующие позиции в России и Европе. Последняя модель MEL- 80.

Американский лазер фирмы VISX лидирует по количеству работающих аппаратов в США. Однако в России таких систем немного, что связано с территориальной отдаленностью Америки, а следовательно, с дороговизной расходных материалов и технического обслуживания, серьезно повышающих себестоимость операции. Последняя модель фирмы STAR S-4.

Все эти модели отвечают современным требованиям. Однако можно перечислить требования к современной эксимерной системе.




1. Точечная подача луча.

Начиналось все с широкого луча, который воздействовал сразу на всю зону роговицы, подлежащую удалению лазером. Такое массированное воздействие приводило к мощному акустическому удару, вызывающему отек, и не давало возможности создавать сложные, индивидуально подобранные профили роговицы. Следующим шагом стало применение щелевой подачи луча. Щель двигалась по роговице в различных направлениях, занимала любые положения, и это позволяло удалять близорукость, дальнозоркость и регулярный астигматизм. В приборах последнего поколения используется точечная подача луча. Размер луча бывает разный, примерный диаметр один миллиметр. Таким лучом можно создавать профили роговицы почти любой сложности, устраняя даже нерегулярный астигматизм и многое другое.

Если Вы хотите избавиться от болезней глаз и навсегда восстановить зрение и здоровье Вам поможет методика Майкла Ричардсона "Видеть Без Очков".

2. Автоматическая система слежения за движениями глаза пациента.

Компьютеры по быстроте и качеству реакции не только обогнали чемпионов мира по шахматам, но и практически догнали человеческий глаз. Раньше во время операции хирург корректировал место попадания луча на роговицу в зависимости от движений глазного яблока пациента. Сейчас этим занимается автотрекинг - автоматическая система слежения. Ее реакция быстрее человеческой. Она двигает «голову» эксимерного аппарата, включающую в себя операционный микроскоп и часть доставляющей излучение системы, вслед за мелкими движениями глаза пациента, а при слишком быстром или размашистом движении автоматически прерывает действие лазера.

Автотрекинг резко снижает возможность возникновения такого осложнения, как децентровка зоны лазерного воздействия, то есть появление у пациента после коррекции нерегулярного астигматизма. Также эта система помогает хирургу навести лазер на оптический центр роговицы перед проведением лазерной коррекции.

3. Система эвакуации воздуха с продуктами лазерного испарения из области операционного поля.

Это такой маленький пылесос, удаляющий из воздуха над глазом пациента микропыль, в которую под действием лазера превращается ткань роговицы. Эта пыль мешает прохождению излучения через воздух, что снижает предсказуемость результата лазерной коррекции.

Если аппарат удовлетворяет перечисленным требованиям, значит лазерную коррекцию на нем можно провести на современном уровне.

↑ Есть ли отечественные эксимерные лазеры

МНТК Микрохирургии глаза совместно с Институтом общей физики Академии наук СССР в 1986 г. создали эксимерный лазер Профиль-500, а недавно совместно с Центром физического приборостроения Института общей физики российской Академии наук усовершенствовали его и назвали МикроСкан-2000. МикроСкан соответствует мировым стандартам, но применяется в немногих клиниках. Надеюсь, в дальнейшем такое положение вещей изменится.

↑ Сколько стоит лазерная система?

Дорого, хотя цены постоянно снижаются. Было время, когда стоимость переваливала за миллион долларов США. Сейчас это несколько сот тысяч долларов. К тому же достаточно дороги расходные материалы для лазера и его техническое обслуживание. Периодически необходимо очищать зеркала, менять баллоны с газом, проводить диагностику других систем аппарата. И от изнашивания и поломки деталей никто не застрахован. Необходима постоянная работа с лазером специализированного инженера. Все это увеличивает себестоимость лазерной коррекции.

↑ Лазерная операционная

Двенадцать лет назад появилась информация о том, что в одном из городов США проводится лазерная коррекция на территории универмага и без участия врача. Опыт не прижился, лазерную коррекцию не удалось низвести до уровня протирки очков. Напротив, с развитием методов лазерной коррекции требования к помещению, в котором она проводится, стали более строгими. Необходимы стерильные условия, контроль за температурой, влажностью, чистотой воздуха.

Поверхности в операционной не должны быть зеркальными, что исключает использование блестящих кафеля и жалюзи, стекол, зеркал, потому что отраженное лазерное излучение опасно.

Солнечный свет тоже не рекомендуется. Он дает не только блики и засветы, что мешает работать хирургу, но и перепады температуры, что может влиять на стабильность показателей энергии лазера.

↑ Наш воздух

Воздух должен быть чистым. Любая пыль или летучие соединения могут сказаться на качестве прохождения луча через воздух. Поэтому пациент должен воздерживаться от курения и употребления духов и дезодорантов перед коррекцией. Система вентиляции должна иметь качественные фильтры. Кроме того, объем оттока воздуха должен быть меньше, чем притока. Тогда при открытии двери чистый воздух будет под некоторым давлением вырываться из операционной, не впуская грязный воздух из предоперационной и выдувая пыль наружу. То же самое и с возможными щелями. Качественная вентиляция способствует стабильной и долгой работе эксимерлазерной установки. Но дверь в операционную открывать во время работы лазера даже при хорошей вентиляции нежелательно.

Главный параметр качественной вентиляции - это десятикратный обмен воздуха. То есть за час объем воздуха должен поменяться десять раз. Например, в комнату объемом 500 кубометров вентиляция за один час должна доставить 5000 кубометров воздуха. Проверяется это достаточно просто с помощью анемометра.

↑ Наше электричество

Наше электричество, как наши дороги, - гладкие встречаются крайне редко. Так же и электричество. Колебания напряжения - еще полбеды. Про это многие слышали. А вот про структуру нашего переменного тока в электросети вспоминают не все. График, отражающий структуру российского переменного тока, мягко говоря, очень неровный. А любые «неровности» переменного тока могут нарушить стабильность работы лазера, отключить его или сломать. Не говоря уж о возможности внезапного отключения электричества во время операции.

Поэтому неотъемлемым атрибутом лазерной установки должен быть «бесперебойник».

Его функции:

- в случае внезапного падения напряжения в электросети позволить еще в среднем полчаса работать всем электроприборам в операционной;

- не допускать колебаний напряжения;

- выравнивать структуру переменного тока. Это достигается с помощью трансформации получаемого из электросети переменного тока в постоянный, а затем снова формирования переменного, но уже ровного по структуре.

↑ Температура и влажность

Стабильная плюсовая температура и невысокая влажность - залог качества медицинских манипуляций. Рекомендуемая температура эксплуатации лазера составляет от 19 до 23 °C. Поэтому кондиционер тоже должен быть высококачественным и обеспечивать полный климат-контроль.

Влажность - не более 70 %. Без резких перепадов во время операционного дня, особенно между калибровками лазера. Соответственно, двери в операционную следует открывать как можно реже, количество людей в ней ограничивать и во время операционного дня не менять, потому что каждый новый человек повышает температуру, и особенно влажность.

---

Статья из книги: Лазерная коррекция зрения | Амир Ринатович Габбасов.