|
|
Механизм действия высокоинтенсивных лазерных излучении на биологические ткани. Механизм действия высокоинтенсивных лазерных излучении на биолог. Механизм действия высокоинтенсивных лазерных излучении на биологические ткани Нурланов Илияр 122Б
Механизм действия высокоинтенсивных лазерных излучении на биологические ткани
Выполнил: Нурланов Илияр 122Б
1. Квантовая электроника
- Квантовая электроника - область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитного излучения, основанные на использовании явления вынужденного излучения в неравновесных квантовых системах, а также свойства получаемых таким образом усилителей и генераторов и их применения в электронных приборах. В классической электронике генерация электромагнитного излучения осуществляется за счет кинетической энергии свободных электронов, согласованно движущихся в колебательном контуре. В квантовой электронике энергия излучения берется из внутренней энергии квантовых систем (атомов, молекул, ионов), высвобождаемой при излучательных переходах между ее уровнями энергии. Излучательные переходы бывают трех видов - спонтанное излучение, вынужденное излучение и поглощение. При спонтанном излучении возбужденная система самопроизвольно, без внешних воздействий испускает фотон, характеристики которого (частота, поляризация, направление распространения) никоим образом не связаны с характеристиками фотонов, испускаемых другими частицами. Принципиально иная ситуация наблюдается при вынужденном испускании фотона под воздействием внешнего излучения той же частоты. При этом образуется фотон с точно теми же свойствами, что и у фотонов, вызвавших его появление, то есть формируется когерентное излучение.
Индуцированное излучение
- Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение - генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными.
- Квантовая теория получила полное признание на первом Сольвеевском конгрессе, состоявшемся в 1911 г. при финансовой поддержке бельгийского ученого Эрнеста Сольве (1883-1922), который разработал промышленный способ производства соды. Этот конгресс был организован Вальтером Нернстом в 1911 г. с целью спровоцировать открытую дискуссию о «кризисе», вызванном введением в физику квантовых идей. Оставляя развитие квантовой теории, мы теперь вернемся к исследованиям света Эйнштейном.
Принцип устройства лазера
Все лазеры состоят из трёх основных частей:
активной (рабочей) среды;
системы накачки (источник энергии);
оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).
Активная среда
- В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются различные агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях, определяется распределением Больцмана:
Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера:
Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и излучение усиливается по закону:
Система накачки
- Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых)[9][18]. При этом возможна работа только в импульсном режиме, поскольку требуются очень большие плотности энергии накачки, вызывающие при длительном воздействии сильный разогрев и разрушение стержня рабочего вещества[19]. В газовых и жидкостных лазерах (см. гелий-неоновый лазер, лазер на красителях) используется накачка электрическим разрядом. Такие лазеры работают в непрерывном режиме. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют и другие методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газов; фотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.).
Оптический резонатор
- Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, поддерживая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора, и подавляя другие. Если на оптической длине L резонатора укладывается целое число полуволн n: то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные волны с близко расположенными частотами постепенно гасят друг друга. Таким образом спектр собственных частот оптического резонатора определяется соотношением:
- здесь c - скорость света в вакууме. Интервалы между соседними частотами резонатора одинаковы и равны:
Свойства лазерного излучения
Наиболее характерная черта вынужденного излучения заключается в том, что возникший поток фотонов распространяется в том же направлении, что и первоначальный возбуждающий фотонный поток. Частоты и поляризация вынужденного и первоначального излучений также равны.Вынужденный поток фотонов когерентен возбуждающему, т.е. имеет те же фазовые характеристики 6. Низкоинтенсивные лазеры, свойства, действие на биологические ткани .Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) в дерматологии и косметологии применяется достаточно давно и успешно. Более сорока лет оно доступно для всех обращающихся с различными кожными заболеваниями или косметологическими проблемами. За это время как глубокими научными исследованиями, так и практической работой была доказана целебная сила лазерной терапии и исключительно благотворное влияние НИЛИ не только на кожный покров, но и на организм в целом .
- Воздействие низкоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани зависит от активизации биохимических реакций, индуцированной лазерным светом, а также от физических параметров излучения. Под влиянием НИЛИ атомы и молекулы биологических тканей переходят в возбужденное состояние, активнее участвуют в физических и физико-химических взаимодействиях. В качестве фотоакцептора могут выступать различные сложные органические молекулы: белки, ферменты, нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, и др., а также и простые неорганические молекулы (кислорода, двуокиси углерода, воды). Избирательное или преимущественное возбуждение тех или иных атомов или молекул обусловлено длиной волны и частотой НИЛИ. Для видимого диапазона фотоакцепторами служат хроматоформные (светопоглощающие) группы белковых молекул. НИЛИ инфракрасного диапазона преимущественно поглощается молекулами белка, воды, кислорода и углекислоты.
- При воздействии низкоинтенсивным лазерным излучением на поверхностные биоткани человека (кожа, подкожная жировая клетчатка, жировые скопления и мышцы) происходят следующие положительные изменения:
- ликвидация сопутствующих или параллельно протекающих воспалительных процессов;
- усиление местного и общего иммунитета, и как следствие этого, антибактериальное действие;
- замедление старения клеток и внеклеточной соединительной ткани;
- улучшение эластичности и снижение плотности эпидермиса и дермы;
- увеличение толщины эпидермального слоя и дермоэпидермального соединения за счет увеличения числа митозов и уменьшения десквамации;
- реконструкция дермы за счет упорядочения структуры эластичных кол- лагеновых волокон с восстановлением водного сектора и уменьшением количества коллоидных масс;
- увеличение количества потовых и сальных желез с нормализацией их активности с сохранением гомогенности, восстановление массы жировой ткани параллельно с нормализацией в ней метаболических процессов;
- фиксация скоплений жировой ткани на своем естественном месте, увеличение мышечной массы с улучшением метаболических процессов и как результат вышеперечисленных изменений - снижение степени провисания (птоза);
- стимуляция роста волос за счет усиления микроциркуляции и улучшения питания тканей.
Список использованной литературы
- 1. Александров М.Т. Применение лазеров в медицине // Обзор отечественной и зарубежной печати за 1971 - 1985 гг. - М., 1986. - 185 с.
- . Алексеев В.А., Никифоров В.Г. Лазеры на красителях с ламповой накачкой для медицины П Лазеры в медицине: Материалы Межд. конф. -Ташкент, 1989.-С. 71
- . Аль- Шукри С.Х., Ткачук В.Н., Соколов А.Н. Применение аиг-неодимовой лазерной хирургической установки «Люксус-100» в урологической практике \\ Лазеры в медицине-99\ Материалы третьего межд. симпозиума.- С П6.1999.-С. 8-9.
- . Армичев A.B., Леонтьев М.Я., Странадко Е.Ф. Опыт использования лазеров на основе паров меди, золота и растворов красителей для фотодинамической терапии \\ Новые направления лазерной медицины \ Материалы межд. конференции. M., 1996.-С. 353.
- . Бажанов В.П. Баграмов Р.И. Применение импульсного С02 лазерного скальпеля при костных и костнопластических операциях на лицевом черепе. \\ Новое в лазерной медицине и хирургии \ Материалы межд. конференции.-М., 1991.-С.-38-40.
- . Баллюзек Ф.В., Морозова С.И., Самойлова К.А. Медицинская лазерология. СПб, 2000. - 160 с.
- . Ю.Борисова A.M., Хорошилова Н.В., Булгакова Г.И. Действие низкоинтенсивного лазерного излучения на иммунную систему // Терапевтический архив 1992. - Т.64. - N5. - С.111-116
|
|
|
Скачать 67.18 Kb.