Что такое лазер?

Типы хирургических лазеров

Существует целый ряд различных типов лазеров, каждый из которых имеет свои особенности в использовании и уникальные технические характеристики: газовые, твердотельные, жидкостные, полупроводниковые. Название лазера часто отражает используемое активное вещество — неодимовый, углекислый, аргоновый и др. В медицинских учреждениях применяют три типа лазера:

1. диоксид-углекислый (CO2);
2. YAG лазер;
3. жидкостный (или импульсный).

Представителями первого типа являются углекислые лазеры немецкой фирмы КЛС Мартин групп МСО 25 plus и МСО 50 plus с длиной волны 10600 нанометров. В качестве активного вещества в них применяется смесь газов: СО-N2-He, генерирующая высокоэффективное излучение. Установки обладают многими преимуществами лазерных приборов для хирургии и имеют широкую область применения. Между собой отличаются только выходной мощностью (на ткани) 25 и 50 Вт. К привлекательным чертам приборов, безусловно, относятся:

• удобная жидкокристаллическая панель;
• несколько режимов работы;
• максимальная плотность доставки луча;
• память на пять программ;
• встроенный сканер Софт Скан плюс и др.

Производителем твердотельного неодимового YAG лазера Мартин MY60 с длиной волны 1064 нм также является KLS Martin. Луч инфракрасного диапазона генерируется YAG-кристаллом (иттриево-алюминиевый гранат). Тонкое гибкое кварцевое волокно, через которое проходит излучение, обеспечивает передачу энергии без потерь. Это свойство используется при выполнении высокоточных операций на небольшом участке, позволяет заменять открытые операции эндоскопическими. Модель Мартин MY60 с выходной мощностью 60 Вт применяется в:

• абдоминальной хирургии;
• гинекологии;
• акушерстве;
• спинальной и сосудистой хирургии.

Кроме того, Мартин MY60 позволяет применять инновационные хирургические техники такие, как трансуретральные процедуры, без осложнений в виде кровотечения.

Уровень мощности лазерного излучения

Мощность излучения медицинских (в частности, косметологических) лазеров варьируется в широких пределах, определяемых целями применения. У лазеров с непрерывной накачкой мощность может варьироваться от 0,01 до 100 Вт. Импульсные лазеры характеризуются мощностью в импульсе и длительностью импульса. Мощность импульсных лазеров на несколько порядков выше. Так, неодимовый лазер генерирует импульс с энергией Е = 75 Дж, длительность которого t = 3х10-12 с. Мощность в импульсе: Р = Е/t = 2,5х1013 Вт (для сравнения: мощность ГЭС составляет примерно 109 Вт).

В косметологической практике используется лазерное излучение как с низким значением мощности (низкоинтенсивное лазерное излучение, НИЛИ), так и с высоким (высокоинтенсивное лазерное излучение, ВИЛИ).

Список использованной литературы

• Goldman MP; Marchell N; Fitzpatrick RE. Laser Skin Resurfacing of the Face with a Combined CO2/Er:YAG Laser. Dermatol Surg 2000 Feb;26(2):102-104.

• Trelles MA, Garcia-Solana L, Rigau J. The filtrum remodeling with combined Er:YAG/CO2 laser resurfacing. Journal of Cutaneous Laser Therapy 1999;1(4):225-228.

• Weinstein C. Modulated dual mode erbium/CO2 lasers for the treatment of acne scars. Journal of Cutaneous Laser Therapy 1999;1(4):203-208.

• Goldman MP; Marchell NL. Laser Resurfacing of the Neck with the Combined CO2/Er:YAG Laser. Dermatol Surg 1999 Dec;25(12):923-925.

• Millman AL; Mannor GE Histologic and clinical evaluation of combined eyelid erbium: YAG and CO2 laser rejuvenation. Am J Ophthalmol 1999 May;127(5):614-6.

• Mario Trelles, Luisa Garcia-Solana and Robert Calderhead Skin rejuvenation improved with a new dual wavelength Er:YAG/ CO2 laser system: A comparative study; Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery Volume 17, Number 3, June 1999; Pp. 99-104.

Записаться

ПРинцип работы лазера

Чтобы понять, как работает лазер, посмотрим на его структуру. Типичный лазер выглядит так: трубка, внутри которой размещен твердый кристалл, чаще всего рубин. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Эти волны перемещаются от одного зеркала к другому до того момента, пока не наберут интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало.

Как создается лазерный луч?

1-я стадия — выключенный лазер.

Электроны всех атомов (на картинке — черные точки на внутренних окружностях) занимают основной энергетический уровень.

2-я стадия — момент после включения.

Под действием энергии из разрядной трубки электроны перемещаются на более высокие энергетические орбиты (на картинке — внешние окружности).

3-я стадия — возникновение луча.

Электроны начинают покидать высокие энергетические орбиты и спускаться к основному уровню. При этом они начинают испускать свет и побуждают к этому остальные электроны. Образуется общий результирующий пучок света с одинаковой длиной волны у каждого источника. Чем больше новых электронов вернется к низким орбитам, тем мощнее свет лазера.

Резкость фокусировки

Длина световой волны в лазерном пучке только одна, следовательно, и цвет также один. Этот свет четко фокусируется линзой почти что полностью в одной точке.

(См. рисунок: слева — свет лазера, справа — естественный свет). Если сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. Благодаря концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеяния и ослабления, присущих многоцветному свету — естественному. Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека.

Физическое обоснование

Разберем вышеописанный механизм работы лазера подробнее. Выясним, какие именно физические законы делают возможным его функционирование.

Активная среда

Для лазерного излучения необходима так называемая активная среда. Только в ней оно может происходить. Как же создается активная среда? Прежде всего, нужно специальное вещество, которое обычно состоит из кристаллов рубина или алюмоиттриевого граната. Собственно, это вещество и есть активная среда. Сформированный из него цилиндр или стержень вставляют в резонатор. Резонатор состоит из двух параллельных друг другу зеркал. Переднее зеркало наполовину прозрачно, а заднее не пропускает свет. Рядом с со стержнем (цилиндром) монтируется импульсная лампа. Цилиндр и импульсная лампа окружены зеркалом. Оно чаще всего изготовлено из кварца, на который нанесен слой металла. При помощи зеркала свет собирается на цилиндре.

Энергетические уровни атомов

Важный момент: состав активной среды таков, что у каждого ее атома есть как минимум три энергетических уровня. В спокойном состоянии атомы активной среды располагаются на низшем энергетическом уровне Е0. Как только включается лампа, атомы поглощают энергию ее света, поднимаются на уровень Е1 и довольно долго пребывают в таким возбужденном состоянии. Именно это и обеспечивает лазерный импульс.

Инверсная заселенность

Инверсная заселенность — фундаментальное физическое понятие. Это такое состояние среды, когда число частиц на каком-то верхнем энергетическом уровне атома (любом из существующих) больше, чем на нижнем. Собственно, активной и называется та среда, в которой уровни являются инверсно заселенными.

Фотоны и световой пучок

Электроны атома не располагаются хаотично. Они занимают определенные орбиты, окружающие ядро. Атом, получающий квант энергии, с огромной вероятностью переходит в состояние возбуждения, характеризующееся сменой орбиты электронами — с самой низкой (метастабильной или основной) на обладающую более высоким уровнем энергии. На такой орбите длительное нахождение электронов невозможно, поэтому происходит их самопроизвольное возвращение к основному уровню. В момент возвращения каждый электрон испускает волну света, называемую фотоном. Одним атомом запускается цепная реакция, и электроны многих других атомов также перемещаются на орбиты с более низкой энергией. Одинаковые световые волны движутся огромным потоком. Изменения этих волн согласованы во времени и в результате формируют общий мощный световой пучок. Этот пучок света и зовется лазерным лучом. Мощность луча у каких-то лазеров настолько огромна, что им можно разрезать камень или металл.

Противопоказания к НИЛИ

Абсолютные:

• онкологические заболевания;
• беременность на всех сроках;
• доброкачественные новообразования со склонностью к росту;
• системные заболевания крови;
• заболевания внутренних органов в стадии декомпенсации;
• активный туберкулез;
• острые вирусные инфекции;
• острый и подострый периоды инсультов и инфарктов;
• непереносимость лазерного излучения.

Относительные:

• наличие в зоне воздействия корректирующих техник (инъекции ботулотоксина, мезонити, филеры, введенные не ранее 14–30 дней), что связано с уменьшением сроков действия последних;
• состояния и заболевания, осложнившиеся кровотечением (не ранее чем через 30–45 дней);
• период лактации.

В базовую комплектацию терапевтических лазеров входит аппарат, совмещенный с панелью управления (иногда в виде сенсорного дисплея), и манипула-излучатель. В комплект могут входить несколько излучателей, например с большой площадью рабочей поверхности для работы по телу и с малой площадью для работы по лицу, а также насадки для проведения различных процедур. Терапевтические лазеры обладают малыми габаритами, низким энергопотреблением и возможностью установки рабочего тела прямо в манипуле, без использования световодного инструмента для доставки излучения.

Применение лазеров.

С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё неизвестных проблем». В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту.

1. Передача информации по стекловолокнам
2. Лазерная обработка материалов:
   • маркировка и художественная гравировка
   • резка
   • сварка
3. В микроэлектронике для прецизионной обработки материалов (резка полупроводниковых кристаллов, сверление особо тонких отверстий в печатных платах).
4. для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости.
5. Лазеры в медицине и биофотонике
   • лазерная хирургия
   • биофотоника и медицинская диагностика
   • офтольмология (лечение катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.).
6. Косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен).
7. Термоядерная реакция с применением лазеров
8. В военных целях:
   • как средство наведения и прицеливания.
   • ракетное оружие на основе лазерного излучения
9. Астрономия:
   • Лидар: уточнил значения ряда фундаментальных астрономических постоянных и параметры космической навигации, расширил представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы.
   • В астрономических телескопах, с адаптивной оптической системой коррекции атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных опорных звезд в верхних слоях атмосферы.
10. Использование лазеров в области научных исследований
11. Голография и интерферометрия
12. Метрология и измерительная техника. Измерение: расстояния (лазерные дальномеры), времени, давления, температуры, скорости потоков жидкостей и газов, угловой скорости (лазерный гироскоп), концентрации веществ, оптической плотности, разнообразных оптических параметров и характеристик, в виброметрии и др.
13. Лазерная химия. Для запуска и анализа химических реакций Лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему.
14. Лазеры в приборах и оборудовании
    • Устройства считывания штриховых кодов
    • В лазерной мыши и лазерной клавиатуре
    • Audio-CD, CD-ROM, DVD, Blu-ray disc
    • Лазерные принтеры
    • Лазерные пико-проекторы

Ранее по теме:

• Лазерное декорирование ювелирных изделий на настольном лазерном гравере
• Универсальная система лазерной обработки материалов электронной техники МикроСЕТ + видео
• Лазерные станки. Успешное внедрение в технологический процесс

Принцип действия

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

Гелий-неоновый лазер. Светящаяся область в центре — это не лазерный луч, а свечение электрического разряда в газе, возникающее подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Собственно лазерный луч проецируется на экран справа в виде красной точки.

Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённом состоянии. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.).

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное — через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности (так называемые гигантские импульсы). Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности.

Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум. Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляризаторы, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера.

Какие лазеры используются для оказания услуг

Существуют разные виды оборудования, и на результат процедуры влияет целый ряд параметров. Прежде всего, это тип лазера. Рассмотрим, какие варианты существуют.

• Неодимовый. В этом случае головка наконечника выполняется из неодимовогокристалла, а длина волны составляет 1064 нм. Такое излучение поглощается не меланином, а гемоглобином, следовательно, лазер используется преимущественно для удаления сосудистых дефектов. Иногда такое оборудование применяют и для избавления от лишней растительности: луч коагулирует питающие волосяную луковицу сосуды, разрушая ее. Однако процедура сопровождается болью и малоэффективна по сравнению с другими методами эпиляции, поэтому она не пользуется популярностью;
• Диодный. Стандартная длина волны составляет 810 нм. Метод хорошо подходит для удаления толстых темных волос. Они выпадают в течение двух недель после сеанса, так что достичь мгновенной гладкости кожи не получится. Тем не менее, методика достаточно популярна;
• Александритовый. Это «золотой стандарт» лазерной эпиляции – самый эффективный метод из существующих. Длина волны составляет 755 нм. Луч отлично поглощается меланином, поэтому удаление растительности – даже тонких и слабопигментированных волосков – занимает минимум времени. Благодаря охлаждающему наконечнику неприятные ощущения во время проведения процедуры исключаются. Благодаря своей эффективности и безболезненности александритовая эпиляция пользуется большой популярностью;
• Рубиновый. Это устаревшая разновидность, которая, тем не менее, еще используется в некоторых салонах. «Рубиновое» удаление волос болезненно и не слишком эффективно. Головка наконечника выполнена из искусственного самоцвета, а длина волны составляет 694 нм. Излучение хорошо поглощается не только волосками, но и кожей, которая может получить ожоги в результате обработки. Кроме того, сеанс занимает много времени из-за редких световых импульсов.

Неодимовый и рубиновый лазеры для уничтожения волосяного покрова используются редко. А вот диодный и александритовый – главные конкуренты на рынке.

Какой же из них лучше? Чтобы разобраться в этом, нужно оценить такой параметр как мощность.

Напомним на всякий случай, что лазерную эпиляцию, как и другие аппаратные процедуры, следует проходить в специализированных клиниках. Причин тому несколько: только в клиниках к Вашим услугам квалифицированные специалисты с высшим медицинским образованием, высокие гигиенические стандарты и современное дорогостоящее оборудование, которые обычные салоны просто не могут себе позволить.

Способ генерирования излучения лазера

Существуют лазеры импульсного и непрерывного генерирования излучения. В зависимости от способа накачки можно получить непрерывную и импульсную генерацию лазерного излучения. Импульсный свет генерируется в виде пучков волн, прерываемых на определенный период времени. Другие лазеры генерируют непрерывный свет, и специальное устройство разделяет этот свет на короткие сегменты. Как правило, лазеры непрерывного генерированного излучения, кроме физиотерапевтических лазерных установок, имеют свойство нежелательного выделения тепла в месте воздействия, которое может привести к рубцовым изменениям и повреждению тканей, окружающих место воздействия.

Применение лазеров

Свойства лазерного излучения уникальны. Это превратило лазеры в незаменимый для самых различных областей науки и техники инструмент. Кроме этого, лазеры широко используются в медицине, в быту, в индустрии развлечений, в сфере транспорта.

Технологические лазеры

• Благодаря огромной мощности лазеры непрерывного действия активно используются для того, чтобы разрезать, сваривать или спаивать детали, изготовленные из самых различных материалов. При высокой температуре лазерного излучения становится возможным сваривать даже те материалы, которые нельзя соединить между собой другими методами. Например, сваривание металла и керамики для получения нового материала — металлокерамики, обладающего уникальными свойствами.
• Для того чтобы изготовить микросхемы, используется лазерный луч, который способен сфокусироваться в одну мизерную точку, имеющую диаметр порядка микрона.
• Еще одно замечательное свойство лазерного луча — его идеальная прямота. Это позволяет использовать его как самую точную линейку в строительстве. Также в строительстве и геодезии при помощи импульсных лазеров производят измерения огромных расстояний на местности, засекая время, за которое световой импульс продвигается от одной точки до другой.

Лазерная связь

Появившиеся лазеры вывели на принципиально новый уровень технику связи и записи информации.

Радиосвязь, развиваясь, постепенно переходила на все более короткие длины волн, поскольку было доказано, что высокие частоты (с наименьшей длиной волны) предоставляют каналу связи наибольшую пропускную способность. Настоящим прорывом стало понимание того, что свет — это такая же электромагнитная волна, просто короче во множество десятков тысяч раз. Следовательно, через лазерный луч возможно передавать объем информации, в десятки тысяч раз превосходящий объем, передаваемый высокочастотными радиоканалами. В результате этого были усовершенствованы различные виды связи по всему миру.

Также при помощи луча лазера записываются и воспроизводятся компакт-диски со звуками — музыкой, и изображениями — фото и фильмами. Индустрия звукозаписи, получив такой инструмент, сделала гигантский шаг вперед.

Применение лазеров в медицине

Лазерные технологии широко применяются как в хирургии, так и в терапевтических целях.

• Например, благодаря его уникальным возможностям, луч лазера возможно легко ввести сквозь глазной зрачок и «приварить» отслоившуюся сетчатку, исправить в труднодоступной области глазного дна существующие дефекты.
• В современной хирургии при сложных операциях используется лазерный скальпель, который минимизирует повреждение живых тканей.
• Лазерное излучение небольшой мощности ускоряет регенерацию поврежденных тканей. Оно также оказывает воздействие, по свойствам похожее на иглоукалывание, практикуемое восточной медициной, — лазерная акупунктура.
• В косметологии активно используются диодные и пикосекундные лазеры.

Противопоказания к применению ВИЛИ в косметологии

Для большинства лазерных процедур абсолютными противопоказаниями являются: беременность, эпилепсия, онкологические заболевания в зоне проведения процедуры, воспалительные процессы (например, псориаз, атопический дерматит или угревая болезнь) в зоне проведения процедуры, системные заболевания, связанные с нарушением процессов регенерации в коже (например, предрасположенность к образованию келоидных рубцов, красная волчанка), сердечно-сосудистые заболевания, диабет, заболевания почек, аллергические реакции, кровоточивость, туберкулез, психические болезни, индивидуальная непереносимость, а также срок менее двух недель после химического пилинга и ему подобных процедур.

Условно лазеры можно разделить на две группы: профильные лазеры и комплексные лазерные системы с насадками различного назначения.

На первый взгляд преимущества лазера-«комбайна», состоящего из «платформы» и нескольких насадок, очевидны: он позволяет решать широкий круг задач современной эстетической медицины, сочетая функции целого косметологического отделения. Используя один прибор и различные насадки к нему, можно не только добиться общего омоложения кожи лица и тела, но и избавить пациента от нежелательных волос, решить проблемы сосудистых дисплазий или расстройств пигментации.

Кроме того, аппарат можно купить сначала в минимальной комплектации, а потом в любой момент можно доукомплектовать и расширить таким образом линейку оказываемых услуг. Но нужно понимать, что и стоимость комплексной системы будет в разы превышать стоимость обычного «однокомпонентного» лазера.

Сегодня популярность лазерного оборудования и его преимущества очевидны. Однако напоминаем, что применение лазерных методик требует от предприятия индустрии красоты наличия медицинской лицензии и специалистов, имеющих право оказывать услуги на оборудовании данного класса: врачей-физиотерапевтов или врачей-дерматовенерологов, прошедших специальную подготовку по физиотерапии. Врач, допущенный к работе с лазерными аппаратами, должен пройти курсы подготовки специалистов по «Типовой программе дополнительного профессионального образования врачей по лазерной медицине» в объеме от 72 до 500 часов.

Чтобы сделать правильный выбор лазерного аппарата, эксперты рекомендуют ориентироваться на следующие, весьма важные, аспекты: