Лазеры в медицине

Лазерные технологии на современном этапе развития медицины очень актуальны и в своем использовании затрагивают практически все основные направления медицинской деятельности, включающие диагностику, терапию заболеваний и хирургическое лечение.
Важным направлением развития является появление фотодинамической терапии, активно разрабатываемой и используемой в онкологии как в качестве самостоятельного метода, так и в комплексе с другими видами лечения. Актуальным в перспективе развития данного направления является создание новых фоточувствительных соединений, лазеров и систем доставки, как лазеров, так и фоточувствительных соединений.
Не менее важным в последнее десятилетие является направление эстетической стоматологии, в котором разработанные лазерные технологии с успехом применяются для кос ...

Введение 2
Глава 1.История создания лазера и развитие его технологий в медицине 4
1.1 Устройство лазера, его характеристики 4
1.2 История применения лазеров в медицине 8
Глава 2 Лазеры, применяемые в медицине и области их применения 20
Заключение 29
Список литературы 31

 

На текущий момент времени в большинстве развитых стран мира происходит активное внедрение лазерного излучения в биологических исследованиях и в практической медицине. Его уникальные свойства позволяют применять лазерный луч в различных областях медицины, главным образом в хирургии, терапии и диагностике. С целью воздействия на весь организм в целом и на патологический очаг эффективно применение лазера ультрафиолетового, видимого и инфракрасного спектров [2,5].
В России лазеры применяются в биологии и медицине уже более 30 лет. Исторически сложилось так, что приоритет в раскрытии механизмов и в биологическом применении находится в странах бывшего СССР [8].
В последние два десятилетия в нашей стране достаточно бурно развивается научное направление, которое основано на применении лазера. Лаз ерные медицинские технологии в конце XX века занимают одно из ключевых мест в научных исследованиях, диагностике и лечении заболеваний, а также приобретают большую актуальность вследствие своего мощного разностороннего немедикаментозного воздействия на многие органы и системы организма человека [1,3,7].
Применение лазеров в лечебных целях положило основу для формирования нового метода лечебного воздействия на организм, который известен как лазеротерапия. Лазерное излучение активизирует многие процессы в организме, в том числе повышает энергетический и пластический обмен, способствуя улучшению микроциркуляции, усиливает протекание окислительно-восстановительных реакций, обеспечивает интенсивный синтез нуклеиновых кислот, белков и ферментов. Низкоинтенсивное лазерное излучение нормализует иммунологическую реактивность организма, улучшает микроциркуляторные процессы, способствует снижению агрегационной способности тромбоцитов, активизирует фибринолиз, что приводит к увеличению скорости периферического кровотока и улучшению оксигенации тканей [4,6].
Лазерная терапия проводится, как отдельно, так и в совокупности с медикаментозным лечением, в том числе гормональнымб а так же с применением методов физиотерапии. Важным фактором является тот факт, что чувствительность организма к воздействию лекарственных средств изменяется в процессе лечения и может появиться необходимость в уменьшении дозировок вплоть до 50%, а в ряде ситуаций есть необходимость полностью отказаться от приема лекарственных средств [1,9,10].
Совместно с лазерной терапией допускается применение других физиотерапевтических факторов: лечебной физкультуры, массажа, но не более 2-х в один день. Как уже было отмечено ранее, применение лазерной терапии в комплексе с применением медикаментозных препаратов значительно более эффективно, особенно в острые периоды. Регулированием дозы и интенсивности лазерного излучения можно добиться как стимулирующего, так и угнетающего эффекта, что является важным фактором при применении в практической медицине, поскольку это обеспечивает возможность применения данной технологии у ослабленных больных, в педиатрии, при хронических заболеваниях [2,3].
Лазер применяют в качестве лечебного средства воздействия при заболеваниях внутренних органов, лор органов, кожи, заболеваниях опорно-двигательного аппарата, наиболее распространенным среди которых является остеохондроз; заболеваниях нервной, мочеполовой систем. Активно применяют использование лазера в хирургии и стоматологической практике [4,10].
Актуальность и перспективность данного направления несомненна, что наглядно иллюстрируется большим количеством экспериментальных и клинических исследований по лазерной медицине, проведенных за последние годы как в нашей стране, так и во многих странах мира. 

Такие лазерные системы могли удалять капиллярные гемангиомы и родимые пятна. Чуть позже появились лазеры способные удалять татуировки. Это были лазеры с модуляцией добротности (Q-switched lser). Начало 90-х годов были разработаны и внедрены технологии сканирования. Точность лазерной обработки теперь контролировалась компьютером и появилась возможность проводить лазерную шлифовку кожи (лазерный пилинг), что значительно подняло популярность лазерной косметологии и лазерной хирургии. Основную роль в разработке метода лазерной термопластики хрящей сыграл российский ученый Э.Н.Соболь. Суть данного метода заключается в том, ткань хряща способна обратимо терять упругость при кратковременном нагреве лазерным излучением до температуры около 70оС. Если при этом изменить форму хряща, а затем охладить его до нормальной температуры, удерживая форму, то хрящ в дальнейшем будет хранить новую форму. Такая методика в настоящее время активно используется в пластической хирургии с целью исправления формы носовой перегородки, крыльев носа и ушных раковин.В конце 60-х годов прошедшего столетия стал активно разрабатываться метод низкоинтенсивной лазерной терапии, в развитие которого весомый вклад внесли такие российские и советские ученые, как: В.М. Инюшин, Н.Ф. Гамалея, М.А. Каплан, Л.Я. Мазо, Г.М. Капустина, И.М. Корочкина, О.К. Скобелкина, Г.И. Клебанова, Т.И.Кару, В.И.Козлова, А.К.Полонский. В настоящее время данный метод известен как метод лазерной биостимуляции. В данном случае лазерное излучение через различные механизмы оказывает прежде всего лечебное воздействие на организм человека прежде всего потому, что уровень мощности излучения при таком воздействии находится много ниже уровня наступления таких физических изменений как гипертермия, коагуляция, удаление ткани. В настоящее время накоплен большой клинический опыт использования низкоинтенсивной лазерной терапии; прорыв в ее использовании произошел на рубеже столетий, когда в США стали активно внедрять использование низкоинтенсивной лазерной терапевтической аппаратуры в клиники. Затем и в Европе также стали осуществлять подобную практику. Основным направлением с использованием лазера в технологии медицинского назначения считается развитие лазерной сварки и пайки, используемой при изготовлении зубных протезов, активно применяемых в стоматологической практике. Институт прикладных лазерных и информационных технологий РАН занимается разработкой методов лазерной стереолитографии, обеспечивающей точное и достаточно быстрое изготовление имплантов из полимеров с целью замещения недостающих костных фрагментов. В Институте прикладных лазерных и информационных технологий большое количество работ посвящено созданию и разработке технологий изготовления с помощью лазера имплантов из биорастворимого полимера, которые имеют особую структуру, позволяющую в дальнейшем насыщать данные импланты стволовыми клетками и биоактивными веществами. Полагают, что в перспективе это создаст возможность для замещения имплантанта образованной из стволовых клеток биотканью. Не менее активно научные разработки по изучению лазера и его действию проводились и в Институте автоматики и электрометрии СО РАН, на базе которого был создан искусственный дифракционно-рефракционный хрусталик глаза «МИОЛ-Аккорд». Особенностью данного хрусталика являлось то, что, в отличие от обычных рефракционных, он сохранял важную для зрения аккомодационную возможность. Эти разработки нашли свое применение в офтальмологии при замене хрусталика в случае катаракты. Не менее важным направлением в развитии лазерных технологий отводится созданию первых лазерных скальпелей. Впервые в начале 70-х годов на Ульяновском радиоламповом заводе (УРЛЗ) НПО «Полюс» были разработаны и освоены в серийном производстве первые отечественные лазерные скальпели. Среди них можно выделить следующие: «Скальпель-1», «Ромашка-1» и «Ромашка-2», до настоящего времени используемые в клиниках России и стран СНГ. Лазерные хирургические аппараты разрабатывались и выпускались ГНПП «Исток» (Фрязино), НИИ радиооптики НПО «Вега» (Москва) ЛОМО (Ленинград), БелОМО (Минск) в Белоруссии, налажен выпуск офтальмологических лазерных аппаратов на Загорском оптико-механическом заводе (Сергиев Посад), терапевтических аппаратов - на ранее перечисленных предприятиях и Калужском радиоламповом заводе, КБ КП (Москва).Важное значение в разработке лазерных технологий в нашей стране связано с именем известного ученого, хирурга, членом-корреспондентом РАМН, профессором Олегом Ксенофонтовичем Скобелкиным, который является создателем и основателем ФГУ «Государственный научный центр лазерной медицины Федерального Медико-Биологического агентства Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации», созданный и основанный им 18 апреля 1986 года. С 1997 года данным центром руководит доктор медицинских наук, профессор Александр Владимирович Гейниц.В 1978 году при Министерстве здравоохранения СССР была создана первая в стране лазерная группа, главной задачей которой было проведение экспериментальных исследований для выяснения возможности применения высокоэнергетического лазерного излучения в медицине, а именно в хирургии. В.И. Елисеенко проводил исследования, касающиеся вопроса характерных особенностей заживления ран при лазерном воздействии, в результате было достоверно определено, что значительно сократилась в процессе лечения экссудативная фаза воспаления, достаточно рано формировалась грануляционная ткань, не наблюдалось грубой рубцовой деформации просвета полых органов желудочно-кишечного тракта. Данные положения явились морфологическим обоснованием широкого применения лазерного излучения в различных областях хирургии. В 1981 году Скобелкиным создается Отдел лазерной хирургии, который занимается разработкой государственной комплексной программы, направленной на создание специальных для проведения лазерных операций в грудной полости, на желудочно-кишечном тракте, на желчевыводящих путях и паренхиматозных органах, которые получили широкое признание и распространение в нашей стране. В 1981 году О.К. Скобелкин со своими учениками и коллегами был удостоин Государственной премии СССР за фундаментальную комплексную работу «Создание, разработка и внедрение в клиническую практику новых лазерных хирургических средств и методов хирургического лечения в абдоминальной, гнойной и пластической хирургии». Данные методы оказались настолько перспективными и актуальными, что большое количество ведущих хирургов нашей страны, которые являлись также заведующими хирургическими кафедрами медицинских институтов, руководителями хирургических отделений крупных республиканских, краевых, областных и городских больниц, проходили в целях повышения своей квалификации обучение в Отделе лазерной хирургии Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ). В 1983 г. данный отдел уже стал выполнять функции Всесоюзного научного центра лазерной хирургии. Выполняя функции Всесоюзного научного центра лазерной хирургии, сотрудниками Отдела лазерной хирургии активно разрабатывались новые методы лечения хирургических больных с применением лазерной медицинской техники. Помимо этого сотрудниками активно проводилась апробация новой лазерной аппаратуры, которая была приобретена как от отечественных предприятий, так и от иностранных фирм; параллельно этого проводятся курсы по обучению специалистов и усовершенствованию полученных ранее знаний. Данный отдел ЦНИЛ интенсивно развивался, активно расширяя научную тематику проводимых исследований и практическую деятельность, и в 1986 году уже на базе данного отдела был организован первый в нашей стране специализированный научно-исследовательский институт в области применения лазеров в медицине— НИИ лазерной хирургии Минздрава СССР (распоряжение Совета Министров СССР N 509-р от 18.03. 86 г., приказ Минздрава СССР N 541 от 18.04.86 г.). Клинической базой Института определена 51 Городская Клиническая Больница, а ее директором утвержден профессор О.К. Скобелкин, который руководил им в течение 11 лет. В отечественных и зарубежных научно-практических журналах публиковалось большое количество работ сотрудников Института по лазерной медицине, а ведущие сотрудники Института выступали с докладами на международных форумах во многих странах мира. Достижения специалистов и его научная тематика позволили ему занять одно из первых позиций в мире. С целью более широкого внедрения лазерных медицинских технологий в практику лечебно-профилактических учреждений Министерством здравоохранения СССР в 1987 году была поставлена задача организации лазерных центров в различных регионах страны. В настоящее время в различных регионах Российской Федерации функционирует около 50 лазерных центров, которые по мере внедрения низкоинтенсивных лазеров в широкую медицинскую практику стали называться Центрами лазерной хирургии и медицины. По инициативе профессора О.К. Скобелкина и профессора М.Ф. Стельмаха в 1998-1999г.г. была разработана программа создания новой лазерной техники для хирургии, терапии, диагностики, стоматологии и офтальмологии, которая была включена в государственную программу «Средства и методы лазерной диагностики и терапии». В 1990 году НИИ лазерной хирургии был переименован в НИИ лазерной медицины, а в 1992 году – в Государственный научный центр лазерной медицины, с возложением на него функций Головного учреждения по проблемам лазерной медицины в стране. В конце 80-х, начале 90-х годов сотрудниками Центра под руководством профессора О.К. Скобелкина впервые в нашей стране были разработаны новые уникальные лазерные технологии, которые достаточно успешно применялись в хирургии пищевода и желудка, в хирургии ободочной кишки, в хирургии внепеченочных желчных путей и абдоминальных паренхиматозных органов, в случае возникновения острых желудочно-кишечных кровотечениях, а также в более новых направлениях: в эндоскопической хирургии, в кожно-пластической хирургии, в экстренной и неотложной хирургии органов желудочно-кишечного тракта. Проводились исследования, направленные на разработку и апробацию новых медицинских высокоэнергетических лазеров, лазерного инструментария и сшивающих аппаратов. Сотрудниками НИИ было получено достаточное количество патентов, на основании которых впоследствии велись разработки новых способов оперативных вмешательств, в результате этого был создан новый вид лазерного механического с регулируемым сроком компрессии тканей. В процессе оперативных вмешательств были также апробированы методики лазерных «сварных» анастомозов полых органов желудочно-кишечного тракта. Все полученные результаты, проводимых работ были зафиксированы, обобщены и выпущены в руководстве для практической медицинской деятельности «Лазеры в хирургии» под редакцией профессора О.К. Скобелкина, 1989г. В последнее десятилетие эффективные лазерные технологии разрабатываются в Центре под руководством директора Центра профессора А. В. Гейница. На основе новых медицинских лазерных аппаратов для хирургии на СО2-лазерах типа «Ланцет», АИГ-неодимовых и диодных лазеров разработаны высокотехнологичные методы хирургических операций при заболеваниях органов желудочно-кишечного тракта, печени, желчного пузыря и желчевыводящих протоков, поджелудочной и щитовидной желез, которые позволили расширить возможности хирургического вмешательства, сократить время проведения операции, значительно снизить кровопотерю, число осложнений и летальных исходов, сократить сроки заживления ран. С применением СО-2, АИГ-неодимового и аргонового лазеров в эндоскопии стали активно прорабатываться методики остановки острых желудочно-кишечных кровотечений, удаление полипов, ворсинчатых опухолей желудка и реканализации пищевода и толстой кишки при стенозирующих опухолях этих органов.Профессор, выдающийся ученый и руководитель отделения хирургических инфекций П.И. Толстых внес огромный вклад в развитие гнойной хирургии. Его заслуга заключалась в том, что он вместе со своими учениками разработал наиболее эффективную систему лечения заболеваний мягких тканей гнойно-воспалительного характера посредством применения лазерных технологий. Под руководством профессора П.И. Толстых приобрели актуальность и впоследствии были внедрены в медицинскую практику новые современные методы лечения хронической гнойной инфекции, наиболее часто манифестирующей у пациентов с длительно незаживающими язвами, которые возникают у больных сахарным диабетом и варикозной болезнью. Главным образом использовались методы фотодинамической терапии, плазменнных потоков в режимах коагуляции и NO-терапии в сочетании с серотонином. Заведующим отделением анестезиологии и реаниматологии, профессором М.Я. Авруцким совместно с его учениками была разработана методика внутривенного низкоинтенсивного лазерного облучения крови в сочетании с анестезиологической защитой больных от хирургического стресса. Такая комплексная методика позволяет значительно повысить качество анестезиологической защиты пациентов во время хирургических вмешательств и добиться в результате уменьшения числа осложнений во время и после операций. Методы низкоинтенсивного лазерного излучения в условиях амбулаторий и стационарных условиях, под руководством профессора, руководителя отделения низкоинтенсивной лазерной медицины доктора медицинских наук А.А. Ачилова разработаны и внедрены в клиническую практику для лечения различных патологических состояний в организме таких как: сердечно-сосудистые заболевания, неспецифические заболевания легких, заболевания органов желудочно-кишечного тракта, воспалительные и дегенеративные заболевания суставов, воспалительные заболевания урогенитального тракта, заболевания ЛОР-органов. В.И. Козлов, профессор, руководитель отдела медико-биологических исследований, занимался изучением исследования механизмов взаимодействия различных видов лазерного излучения с биологическими тканями; изучением определения оптимальных параметров биостимулирующего влияния на систему микроциркуляции в различных органах и тканях с помощью лазерной допплерографии. Впервые были проведены исследования, касающиеся определения механизма заживления ран в случае воздействия различных типов лазеров. Также были организованы эксперименты по разработке методологии и технологии лазерной трансмиокардиальной реваскуляризации миокарда, затем данная методика с успехом была внедрена в клиническую практику кардиохирургии. По поручению Фармкомитета Минздрава СССР впервые в нашей стране под руководством руководителя отделения фотодинамической терапии, профессора Р.Д. Барабаша была начата разработка объективных критериев лечебной эффективности и токсичности существующих и новых отечественных фотосенсибилизаторов при фотодинамической терапии злокачественных новообразований. Были проведены массовые скрининговые исследования фотосенсибилизаторов на предмет избирательности накопления в опухолевых тканях, определению их токсичности, фармакодинамики в зависимости от исходного состояния организма, лекарственной формы и путей введения препаратов. Были проведены экспериментальные исследования, направленные на разработку оптимальных параметров фотодинамической деструкции опухоли и изучение морфологических особенностей, происходящих при данном процессе. Внедрение в клиническую практику методов фотодинамической терапии продолжил профессор Е.Ф. Странадко, который вместе со своими сотрудниками разработал методику лечения злокачественных новообразований преимущественно наружной локализации, к которым относятся новообразования кожи, ранних стадий рака молочной железы, рака орофарингеальной области. Самым главным является то, что данный метод может также применяться и для опухолей неудобных локализаций—таких как крыльев носа, ушных раковин, корня языка и ряда неопухолевых заболеваний. В последние годы проводятся исследования по разработке, клиническому испытанию и внедрению в практику новых фотосенсибилизаторов второго поколения, фотоактивных лекарственных веществ и соединений металлов для фотодинамической терапии. Большое внимание уделяется разработке способов доставки фотосенсибилизаторов к тканям— мишеням с целью селективности накопления. Руководителем отдела медико-биологических исследований, доктором медицинских наук Ю.В. Алексеевым с сотрудниками активно изучалось явление фотозависимости патологических состояний, также были проведены исследования и получены данные о молекулярных механизмах воздействия света на биологические объекты. Была разработана и внедрена в практическую деятельность технология универсального фотозащитного препарата, применяемого при некоторых видах дерматозах, а также при наружном применении фотосенсибилизаторов, вызывающих реакцию кожи. Российский научный центр лазерной медицины активно сотрудничает со многими зарубежными странами по вопросам, касающихся разработок лазерных медицинских технологий, практикуется обмен опытом специалистов в области применения лазера в медицине. Являясь одним из ведущих учреждений нашей страны в области разработок, касающихся лазерной медицины, данным центром с регулярной активностью проводятся международные и всероссийские научные конференции, семинары по лазерной медицине. Международное научное сообщество, в частности, члены Европейской ассоциации по лазерной медицине, участвовавшие в международной научно-практической конференции «Лазерные технологии в медицинской науке и практическом здравоохранении», проведенной Центром в Москве 7-8 октября 2004 года, дали высокую оценку научным исследованиям в области лазерной медицины, проводимых в нашей стране, а также отметили большой вклад Центра в организацию и внедрение лазерных медицинских технологий в учреждениях здравоохранения Российской Федерации. Кроме того, на данной конференции членами Европейской ассоциации по лазерной медицине единогласно был избран директор научного центра лазерной медицины, профессор А.В. Гейниц. На объединенном 12-м Международном конгрессе Европейской лазерной медицинской ассоциации (EMLA), который состоялся 20-22 сентября 2007 года в городе Праге и состоявший из Всемирной ассоциации по лазерной терапии (WALT), Европейской лазерной ассоциации (ELA) и Чешского общества по использованию лазеров в медицине, Абыл принят коллективным членом Европейской лазерной медицинской ассоциации (EMLA). Глава 2 Лазеры, применяемые в медицине и области их примененияХарактеристики лазерного излучения, применяемого в медицине:Длина волны излученияДлины волн излучения (λ) медицинских лазеров находится в диапазоне 0,2 -10 мкм, т.е. составляет от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области.Мощность излученияМощность излучения (P) медицинских лазеров в зависимости от поставленных целей может варьировать. У лазеров с непрерывной накачкой Р = 0,01-100 Вт. Импульсные лазеры характеризуются мощностью в импульсе Ри и длительностью импульса τи для хирургических лазеров Ри= 103-108 Вт, а длительность импульса ти= 10-9-10-3 с.Энергия в импульсе излученияЭнергия одного импульса лазерного излучения (Еи) определяется соотношением Еи= Ри-ти, где ти- длительность импульса излучения (обычно ти= 10-9-10-3с). Для хирургических лазеров Еи= 0,1-10 Дж.Частота следования импульсовДанная характеристика (f) импульсных лазеров характеризуетиколичество импульсов излучения, которые генерируются лазером за 1 с. Для терапевтических лазеров f = 10-3 000 Гц, для хирургических f = 1-100 Гц.Средняя мощность излучения- данный показатель (Рср) применяется для импульсно-периодических лазеров, и характеризует энергию, излучаемую лазером за 1 с., определяется по следующим расчетам: Интенсивность (плотность мощности)Под данной характеристикой (I) понимается отношение мощности лазерного излучения к площади поперечного сечения пучка. Для непрерывных лазеров I = P/S. Интенсивность хирургических лазеров и давление, создаваемое их излучением, имеют следующие значения:для непрерывных лазеров I ~ 103 Вт/см2, Д = 0,033 Па;для импульсных лазеров Iи ~ 105-1011 Вт/см2, Д = 3,3 - 3,3х106 Па.