Развитие научно-технических решений в медицине: Учебное пособие. Единое окно доступа к образовательным ресурсам
Главная
Каталог
Библиотека
Форум
Новости
Глоссарий
Порталы
О проекте
Развитие научно-технических решений в медицине: Учебное пособие
Текстовая версия документа PDF (размер: 5592 КБ)
Качество преобразования для различных документов может сильно различаться. Изображения (картинки, формулы, графики) в документе игнорируются. Защищённый документ не может быть преобразован.
Предыдущая
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Следующая
Рис 1.21 Вид толстой кишки после рассечения лазером
Рис 1.22 Применение лазерных сшивающих аппаратов
а- выполнение резекции желудка с помощью лазера и сшивающего аппа-
рата; б- лазерные хирургические сшивающие аппараты:
1 – прямой универсальный; 2 – модифицированный НЖКА –60
На рисунке 1.22 а показано выполнение резекции желудка с помощью
лазера и сшивающего аппарата. Лазерные хирургические сшивающие аппа-
раты показаны на рисунке 1.22 б.
Выпускались различные лазерные хирургические установки на углеки-
слом газе:
«Скальпель1» и «Ромашка» (см. рисунок 1.14) с выходной мощностью
80Вт. диаметр пятна лазерного излучения от 1 до 20 мм., «Саяны-МТ». Лазе-
рная хирургическая установка «Саяны - МТ» применяется в общей хирургии,
онкологии, проктологии. Установка на CO2 лазере непрерывного излучения с
выходной мощностью на выходе световода 35 Вт., диаметр лазерного пятна
от 0,1до 0,5 мм. Углекислый лазер находит применение и в нейрохирургии
(для удаления опухолей головного мозга и реконструкции периферических
нервов), пульмонологии (для резекции трахеи, бронхов и части легких), ге-
матологии (для проведения операций у больных, страдающих нарушением
свертывающей системы крови), урологии (для удаления мочевого пузыря и
проведения операций на почке и предстательной железе), гинекологии (для
проведения операций при различных заболеваниях женских половых сфер), в
кардиологии и т.д.
Появились центры по лазерной хирургии:
- Московский областной центр лазерной хирургии (МОЦЛХ). Он располо-
жен в г. Видное, Московской области.
Круг задач, решение которых возложено на Центр:
- подготовка кадров для региона, т.е. обучение врачей и среднего мед. пер-
сонала на постоянно действующих курсах по лазерной медицине;
- научная оптимизация существующих и разработка новых методик;
- организация сервисного обслуживания лазерной медицинской техники
для центра и региона;
- организация и оборудование кабинетов лазерных методов лечения разно-
го профиля с обучением персонала на местах;
- изготовление учебно-методических видеофильмов и пособий по лазер-
ным технологиям;
- амбулаторное и стационарное лечение.
Внимание ученых сейчас все больше привлекают перспективы исполь-
зования лазерного излучения через эндоскопические приборы. Успешно
применяются лазеры для эндоскопического лечения пищевода, гортани, тра-
хеи, бронхов, желудка, прямой кишки.
Проводятся работы по лазерной фотокоагуляции при острых желудоч-
но-кишечных кровотечениях.
Вот уже несколько десятилетий медики с успехом используют эндос-
коп - прибор для освещения и визуального обследования полых внутренних
органов, например, желудочно-кишечного тракта. Теперь модернизирован-
ный его вариант стали использовать в ином качестве. Современные эндоско-
пы благодаря применению волоконной оптики стали меньше в диаметре, ги-
бкими, эластичными. Именно через них врачи стали воздействовать на опу-
холи внутренних органов лазерным излучением.
Во Всесоюзном онкологическом центре АМН СССР с помощью лазер-
ных эндоскопов с успехом лечат язвенную болезнь желудка и двенадцатипе-
рстной кишки. Для полного заживления язвы требуется от 4 до 15 сеансов по
5 мин., в зависимости от индивидуальных особенностей больных. Таким же
методом врачи ликвидируют послеоперационные осложнения у пациентов,
страдающих заболеваниями желудка или пищевода.
Лазерная эндоскопическая медицинская установка благодаря наличию гибко-
го волокнистого световода и эндоскопа (медицинский прибор для исследова-
ния полостных и трубчатых органов, желудка, пищевода и др., и представля-
ет собой трубку, снабженную осветительной аппаратурой и оптической сис-
темой) может применяться для внутриполостных операций и осмотров. Сна-
бжена эндоскопами разных типов. В установку входит аргоновый лазер
непрерывного действия мощностью 7 Вт. Плотность лазерного излучения на
выходе из эндоскопа от 150до 250 Вт/см2. Световод представляет собой гиб-
кий волоконный жгут диаметром 1,5 мм; длина световода 2,25 м., диаметр
отдельного волокна от 5 до 10 мкм. С одного конца световод согласован с
лазером, другой его конец пропущен через канал эндоскопа. Эндоскоп опти-
чески связан с видеокамерой, которая и совокупности с видеомагнитофоном
и телевизионной системой обеспечивает запись и воспроизведение изобра-
жения внутренней стенки органа. Видеоэндоскопия в настоящее время поль-
зуется услугами электронного помощника. На смену обычной волокнистой
оптике приходит микроскопическая цифровая чип-камера. Чип-камера похо-
жа на фасеточные глаза насекомого, она состоит из многих тысяч светочувс-
твительных элементов, размещенных на микроскопическом кристалле. Они
преобразуют световую энергию в электрическую, которая по кабелю переда-
ется на наружный процессор, управляющий получением изображения. Подс-
ветка осуществляется обычным способом с помощью стекловолоконного
световода. Пока электронные видеоэндоскопы имеют значительно суженный
угол обзора по сравнению с волоконно-оптическими системами. Ознакомле-
ние со световодами и их применением в медицине мы проведем в следую-
щим разделе.
Завершая нашу беседу о применении лазеров в медицине необходимо
отметить, что хотя биофизические и лечебные механизмы воздействия
лазерного луча на живые клетки до конца еще не выяснены, но лазеры
завоевывают в медицине все новые и новые позиции. Таким образом, за
последние годы лазер прочно обосновался в качестве незаменимого
медицинского инструмента как в офтальмологии и дерматологии, так и в
нейрохирургии, оториноларингологии, пульманологии, гастроэнтерологии,
общей хирургии, урологии, гинекологии и ортопедии.
Для каждой из этих областей медицины лазер просто необходим. Более
того, решение различных проблем в медицине требует, соответственно, при-
менения различных лазерных систем.
Наряду с аргоновым лазером, применяющимся благодаря своей высо-
кой избирательности по отношению к аутогенным хромофорам в офтальмо-
логии и дерматологии, CO2 лазер представляет собой тончайший скальпель
благодаря высокой поглощаемости водой его излучения и незначительной
глубины проникновения. Поэтому он всегда применяется там, где проводятся
микрохирургические операции удаления ткани на площади (двухмерное). Его
недостатком в настоящее время является слабая проводимость излучения по
стекловолоконному кабелю.
Nd - VAG лазер способен коагулировать большие объемы и применяет-
ся там, где имеется густая сосудистая сеть - при аномалиях развития и опу-
холях. Хорошая проводимость стекловолоконным кабелем обеспечивает
универсальность его применения. При гибких или жестких эндоскопах он
может использоваться для коагуляции кровотечений, аномальных образова-
ний и опухолей, а при более высокой мощности также и для раскупоривания
опухолевых сужений (стенозов). При использовании ручного фокусирующе-
го устройства и соответствующей высокой мощной плотности возможно
осуществление резекции на паренхиматозных органах, таких как печень, се-
лезенка, поджелудочная железа и почки, с одновременной остановкой
кровотечения.
Эксимерный лазер с излучением в ультрафиолетовом диапазоне благо-
даря атермичности применяется преимущественно при удалении тканей, отк-
рывает новые возможности для хирургических операций на роговой оболоч-
ке и стекловидном теле глаза, при открытии закупоренных кровеносных со-
судов на периферии и в венечной области, а также в артроскопии и одонто-
логии. При дальнейшем развитии и совершенствовании лазеров, применяе-
мых в медицине, определяющими, считает Г. И. Мюллер, будут следующие
факторы:
- дальнейшее углубление понимания механизма воздействия. Даже в области
термовоздействия еще до конца не изучены все механизмы реакции тканей
на лазерное излучение. До сих пор дозировка определялась чисто случайно
или эмпирически. В настоящее же время необходимы систематические исс-
ледования по определению оптимальных рабочих параметров излучения ла-
зера для получения желаемой реакции той или иной ткани. В области нели-
нейного, ионизирующего воздействия предстоит провести основательные
исследования с целью обеспечения осмысленного применения этих эффектов
в медицине;
- наличие технически более совершенных лазерных конструкций и соот-
ветствующих систем, которые должны привести к снижению их стоимости
и, тем самым, расширению их использования;
- наличие гибких оптических систем, в особенности оптических волокон
для передачи светового излучения в ультрафиолетовом и инфракрасном
диапазонах;
- создание соответствующей оснастки. Значительное увеличение мощ-
ности лазера делает возможным расширить круг проведения эндоскопиче-
ских операций. Дальнейшее развитие и совершенствование гибких эндо-
скопов приведет к возможности использования лазера в тех случаях, когда
раньше требовалось хирургическое вмешательство или когда вообще не
могло быть проведено никакое лечение. Конкретно в таких случаях лазер
поможет решать следующие проблемы:
- в области реканализации сосудов, преимущественно в кардиососуди-
стой области;
- приведение сосудов в норму при стенозах и закупорке артериальной
сосудистой системы.
В дальнейшем станет возможным с помощью лазерного луча разруше-
ние или растворение камней как в области почечной лоханки, желчного
пузыря и путей мочевыделения, так и в области желчных путей, комбини-
рованное лечение, в рамках которого использование лазера будет одним из
его моментов. Сюда можно отнести After-loading - методом опухолей с
обезболиванием, лазерную терапию в ткани под NMP - контролем (nuclear
magnetic resonance) и использование светочувствительности для локально-
го изменения поглотительной способности в биологической ткани.
Применение фотохимической терапии было расширено в значительной
степени благодаря использованию лазеров. Это касается области фотохими-
ческих реакций в аутогенных пигментах соответственно хромофорных груп-
пах крупных биомолекул.
Сюда относится также фотодинамическая терапия чужеродных хромо-
форов, так как они в настоящее время используются уже с пигментом, дери-
ватом гематопорфирина.
При такого рода действии лазер имеет преимущества, так как он благо-
даря высокой направленности луча может быть относительно свободно по-
дведен по гибким светопроводящим системам через кожу или по кровенос-
ным сосудам и полостям в любую точку организма.
В медицине усиливается тенденция к применению твердотельных ла-
зеров и полупроводниковых лазеров, так как данные системы в техническом
отношении более просты в эксплуатации.
Список использованных источников
1. Дж. Реди /Промышленные применения лазеров М. «Мир»,1981/,640 с.
2. Справочник по лазерной технике./ Под ред. Ю.В. Байбородина, Л.З. Крик-
сунова, О.Н.Литвененко. Киев. «Техника»1978г.,288с.
3. К.И. Крылов, В.Т. Прокопенко, А.С. Митрофанов./ Применение лазеров в
машиностроении и приборостроении. /Л. «Машиностроение» 1978г.,336с.
4. /Прибор ОКГ-13: техническое описание, инструкция по эксплуатации,
паспорт, инструкция по упаковке и распаковке. /
5. Каталог фирмы «Озонтлазер»/ Современное технологическое оборудова-
ние. /София, Болгария.
6. Проспект. Лазерная медицинская система 405-4 (Optica-Болгария)
7. Л.В. Тарасов. /Лазеры: действительность и надежды. /М. «Наука», Главная
редакция физико-математической литературы 1985г,.176с,
8. Н.Г. Тереулов, Б.К. Соколов, Г. Варбанов, Б.С. Малышев, М.И. Неганов,
Е.Ю. Ерофеев. /Лазерные технологии на машиностроительном заводе.
/Академия наук РБ, Уфа,1993г.,264с.
9. Д. Бастинг. /Лазерная техника - растущий рынок сбыта. /Советско-
западногерманский индексный журнал «Экономика, техника»
№3,1990Г.,С48-50.
10. Г.Й. Мюллер. /Световые лучи исцеляют – лазеры в медицине. /Советско-
западногерманский индексный журнал « Экономика, техника» №2,1990г.,
с 50-52.
11. /Электронная эндоскопия – микрочип в организме. /Советско-
западногерманский индексный журнал «Экономика, тежника» №2»,
1990г., с 63.
12. О.К. Скобелкин, Е.И. Бреов, В.И. Корепанов. /Лазеры в хирургии.
/Международный ежегодник «Наука и человечество»,1984г., с 56-65.
13. А.Н. Малов, М.Г. Костюк. /Модельный анализ основных биологических
процессов в низкоинтенсивной лазерной терапии./ Ж. «Лазер Маркет»
01.1995гг., с 37-39.
2. Световоды
2.1 Общие сведения
Световод – закрытое средство для направленной передачи и распрост-
ранения оптического излучения. Оптическое излучение представляет собой
электромагнитные волны. Изучение его распространения и явлений, проис-
ходящих при взаимодействии оптического излучения с веществом, ведется
разделом физики называемым ОПТИКОЙ.
В шкале электромагнитного спектра оптическое излучение характери-
зуется длинами волн, расположенных в диапазоне 5 ⋅ 10 −9 − 10 −3 м. Иначе говоря,
оптический диапазон длин волн ограничен с одной стороны микроволновым
диапазоном радиоизлучения, а с другой – рентгеновскими лучами: в его сос-
тав входит инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая области электромаг-
нитного спектра.
Границы спектральной области оптического излучения условны и в ос-
новном определяются общностью технических средств и методов исследова-
ния явлений в этом диапазоне. Эта область электромагнитных волн наиболее
результативно изучается оптическими методами с помощью оптических сис-
тем.
Традиционно оптика подразделяется на геометрическую, физиче-
скую и физиологическую.
Геометрическая оптика не затрагивает вопросы природы оптического
излучения. Она основывается на эмпирических законах его распределения,
преломления и отражения на границе сред с различными оптическими свойс-
твами, применяя представление о лучах.
Физическая оптика рассматривает вопросы, связанные с процессами
испускания оптического излучения, их природой и происходящими явления-
ми.
Физиологическая оптика занимается изучением строения и функцио-
нирования всего аппарата зрения – от глаза до коры мозга. Результаты физи-
ологической оптики используются как в медицине и физиологии, так и в тех-
нике при разработке осветительных приборов, очков, цветного кино и т.д.
Наиболее важное достижение современной оптики – создание лазеров.
Оптическое излучение называют также световым.
В узком смысле под словом “свет” понимают видимое оптическое из-
лучение, которое воспринимается человеческим глазом и вызывает зритель-
ное ощущение. Диапазон длин волн видимого излучения условно простирае-
тся, от 4 ⋅ 10 −7 м до 7,6 ⋅ 10 −7 м (лежит между 380 - 400 нм и 760 - 780 нм).
В широком смысле термин “свет” включает, кроме видимого излуче-
ния, инфракрасную и ультрафиолетовую области электромагнитного спектра.
Дальше мы будем пользоваться термином “свет” в широком смысле
этого слова, так как законы, справедливые для видимого участка спектра, ве-
рны и для остальных представителей оптического излучения.
Одним из крупных разделов физической оптики является волновая оп-
тика, изучающая совокупность явлений, в которых проявляется волновая
природа света. В классической волновой оптике считают, что параметры сре-
ды не зависят от интенсивности света. Волновая оптика является основой при
изучении передачи света.
Как мы уже говорили, световод – устройство для направленной пере-
дачи (канализации) световой энергии.
Синонимы – светопровод, световой волновод, оптический волновод,
волоконный световод.
Возникновение этих устройств связано с тем, что передача пучка све-
товой энергии в окружающей нас атмосфере сопряжена со значительными
потерями, затрудняющими или вовсе исключающими его передачу на задан-
ные расстояния в пределах прямой видимости. Причинами служат изменчи-
вость состояния атмосферы (дождь, снег и изменение температуры) и нали-
чие в ней случайно распределенных неоднородностей, приводящих к рассеи-
ванию, расхождению и отклонению светового пучка.
Потребность транспортировки света для освещения труднодоступных
участков различных объектов через каналы со сложной конфигурацией для
прямого наблюдения состояния их внутренних полостей также стимулирова-
ло создание различного рода приборов на основе волоконных световодов.
Световоды нашли значительное применение в различных областях тех-
ники и в медицине. Появление лазеров с их уникальными возможностями
позволило широко использовать световоды в системах передачи информации
и совершенствовать их конструктивные показатели.
Перемещение фронта светового пучка в световодах осуществляется за
счет отражения световых лучей от зеркальных поверхностей или же от гра-
ницы двух сред. Вспомним экспериментальные законы отражения и прелом-
ления света из геометрической оптики.
2.2 Законы отражения и преломления света
2.2.1 Законы отражения
Первый закон отражения гласит: “Луч падающий, перпендикуляр к
границе двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоско-
сти”. Иными словами говоря, смысл этого закона в том, чтобы третья из пе-
речисленных прямых попала в плоскость, положение которой
определяют первые две.
“Угол падения равен углу отражения”, - такова формулировка второго
закона отражения. Исходя из содержания этого закона можно заключить, что
изменяя произвольно угол падения получаем такое же изменение угла отра-
жения.
Различают два вида отражения светового пучка от поверхности, на ко-
торую он падает – диффузное и зеркальное.
Зеркальное отражение происходит тогда, когда неровности поверхнос-
ти тела и неоднородности его внутреннего строения не превосходят длину
световой волны. В ином случае отражение – диффузное. При зеркальном от-
ражении падающий на поверхность параллельный пучок лучей света, подчи-
няясь законам отражения, отходит от нее так же параллельным пучком.
При диффузном отражении падающий на поверхность параллельный
пучок лучей света рассеивается. Количество световой энергии у отраженного
пучка меньше, чем у падающего. Это связано с тем, что не вся световая энер-
гия пучка, падающего на поверхность (границу раздела двух сред), отражает-
ся от нее. В процессе отражения часть световой энергии проникает через гра-
ницу раздела во вторую среду, перемещаясь в ней и частично поглощается.
Количественно энергия отраженного пучка зависит от оптических свойств
граничащих сред и угла падения пучка. Так, например, при падении света на
границу сред “воздух - стекло” с углом равным 0о доля отраженной энергии
составляет 4,7 %, а прошедшей энергии 95,3 %, а с углом равным 89о эти до-
ли соответственно равны 91 % и 9 %.
2.2.2 Законы преломления
Установлено, что на границе двух сред (например, “воздух - сте-
кло”) кроме отражения света происходит и его преломление. Суть преломле-
ния светового луча состоит в том, что он частично переходит из одной среды
во вторую изменяя свое первоначальное направление. Вспомним законы пре-
ломления.
Первый закон: “Луч падающий, перпендикуляр к границе двух сред в точке
падения и преломленный луч лежат в одной плоскости”.
Этот закон аналогичен первому закону отражения. По этому закону
третий (преломленный) луч должен лежать в плоскости падения, положение
которой определяется падающим лучом и перпендикуляром к границе двух
сред в точке падения.
Второй закон преломления: “Отношение синуса угла падения к синусу
угла преломления есть величина постоянная для данной пары сред”.
Показатель преломления – величина постоянная. Он не зависит от угла
падения и определяется оптическими свойствами граничащих сред. Иначе
говоря, этот показатель не изменяется при произвольном
изменении угла падения и соответственном изменении угла преломле-
ния. Если угол падения светового луча на раздел сред 1 и 2 равен θ , а угол
преломления во второй среде β (см. рисунок 2.1.а), то показатель преломле-
ния второй среды относительно первой математически запишется (закон пре-
ломления Снелля):
sin θ n2
= = n21 ,
отн
sin β n1
Показатели преломления первой среды относительно второй и второй
среды относительно первой – обратные величины. Абсолютный показатель
преломления n показывает во сколько раз скорость света в вакууме с больше,
чем в рассматриваемой среде v
c
n= ,
v
Показатель преломления воздуха относительно вакуума n= 1,0003. По-
этому на практике часто используют показатель преломления относительно
воздуха. Среду с большим показателем преломления называют оптически
более плотной, а с меньшим – оптически менее плотной или если угол паде-
ния меньше угла преломления, то вторая среда называется оптически менее
плотной и наоборот.
2.2.3 Полное внутреннее отражение
Вам известно (ранее в некоторой мере мы затронули этот вопрос), что
при падении света на границу раздела двух сред часть его энергии отражает-
ся, а другая часть проникает через границу раздела во вторую среду. При ра-
ссмотрении примера перехода света из оптически менее плотной среды (воз-
духа) в среду оптически более плотную (стекло) было показано, что доля от-
раженной энергии зависит от угла падения: доля отраженной энергии сильно
возрастает с увеличением угла падения. Оказалось, что даже при углах паде-
ния, близких к 900 (например,890), когда световой луч практически скользит
по поверхности раздела сред, все же часть световой энергии переходит с ме-
нее оптически плотной в более оптически плотную среду.
Интересное явление возникает когда луч света переходит из среды
оптически более плотной в среду оптически менее плотную. Опыт
показывает, что в этом случае угол преломления больше, чем угол падения и
преломленный луч с увеличением угла падения больше отклоняется от
нормали к границе сред в точке его падения.
Рассмотрим случай, когда падающий световой луч переходит из среды
оптически более плотной (например, стекло) с показателем преломления n1 в
Предыдущая
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Следующая
Поставщики ресурсов
Авторам
Контакты
Обратная связь
Вопросы и ответы
kyiv apartaments rent
certification microsoft
protherm
xxx
5440.16 ()
8800 gold edition
ariston
hotbird
omega
.
-
5004.13 ()
summer
4
mobil pegasus