ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ

THE USE OF LASERS IN OPHTHALMOLOGY

Leisen Volkova

Student, Faculty of Medicine, direction "Medical business", Russian State Social University,

Russia, Moscow

Damir Bekbulatov

scientific supervisor, senior lecturer, Russian State Social University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Использование лазерной технологии очень плотно вошло в офтальмологию. Ведь именно офтальмологи начали первыми использовать лазеры, так как большинство составляющих нашего глаза, могут быть подвержены лечению лазером. Мне кажется, что самыми востребованными аппаратами в наши дни являются лазеры сверхкоротких импульсов. Именно такой тип аппарата дает возможность офтальмохирургу проводить самые аккуратные работы. Лазеры приносят пользу не только в офтальмологии, но и в других сферах, так как они открыли новые возможности в лечении различных патологий.

ABSTRACT

The use of laser technology has become very tightly integrated into ophthalmology. After all, ophthalmologists were the first to use lasers, since most of the components of our eye can be subject to laser treatment. It seems to me that the most popular devices these days are ultrashort pulse lasers. It is this type of device that makes it possible for an ophthalmic surgeon to carry out the most accurate work. Lasers are useful not only in ophthalmology, but also in other areas, as they have opened up new opportunities in the treatment of various pathologies.

Ключевые слова: лазер, офтальмология, патология глаза, использование лазера в офтальмологии, механизм работы лазера.

Keywords: laser, ophthalmology, eye pathology, laser use in ophthalmology, laser operation mechanism.

Использование лазерной технологии очень плотно вошло в офтальмологию. Ведь именно офтальмологи начали первыми использовать лазеры, так как большинство составляющих нашего глаза, могут быть подвержены лечению лазером. Мне кажется, что самыми востребованными аппаратами в наши дни являются лазеры сверхкоротких импульсов. Именно такой тип аппарата дает возможность офтальмохирургу проводить самые аккуратные работы. Лазеры приносят пользу не только в офтальмологии, но и в других сферах, так как они открыли новые возможности в лечении различных патологий. [2; 9]

В 1960 году 16 мая Теодор Мейман первый представил лазер, который представлял из себя твердотельный генератор выполненный на рубине.  После чего, практически ежегодно, научному медицинскому сообществу представлялись другие лазеры. И именно с 1961 года эта техника начала выходить на рынок и очень быстро развиваться. В Соединенных Штатах Америки в 1961 году была проведена первая операция на сетчатке. Хирурги использовали рубиновый лазер. В последствии лазер был заменен на более модернизированный с диодной накачкой. [1; 3]

Использование лазеров в лечении глазных болезней имеет ряд преимуществ:

• Лазер, как прибор, не имеет прямого (физического) контакта с пациентами, что обеспечивает стерильность.
• Чтобы выполнить любую коррекцию, при использовании лазерной техники, хирургу не надо выполнять вскрытие глаза.
• Всегда можно выбрать и изменить параметры коагуляции.
• Важную роль играет скорость работы, ведь с помощью лазера операции могут идти всего несколько минут. Также, действие луча точно рассчитано и постоянно находится под контролем специалистов, а, следовательно, это безопасно.
• Для пациента - это достаточно безболезненная и атравматичная (практически бескровная) процедура, что не маловажно при выборе метода проводимой операции. [2; 3; 9]

Как можно использовать лазер в офтальмологии?

Надо понимать, что человек с «хорошим» зрением способен видеть четкую, красочную картину без искажений. Но, при наличии патологий глаза, человек видит все расплывчато, то есть теряет остроту зрения, что в последствии заставляет постоянно прищуриваться, и в дальнейшем приводит к прогрессированию глазной болезни. [9]

Какие же болезни глаза можно вылечить с использованием лазерной технологии?

Возрастная макулярная дегенерация.

Макула — это одна из составляющих глаза, а точнее участок сетчатки, где пересекаются лучи, которые были сфокусированы хрусталиком и роговицей. Когда человек стареет, макула дегенерирует, из-за чего человек теряет зрение. Стоит заострить внимание на том, что при возрастной макулярной дегенерации страдает именно центральное зрение, а периферическое нет. Данная патология начинается с того, что ткань сетчатки начинает атрофироваться и появляются отложения эпителиальной ткани. [10]

Теперь постараемся осветить методики лечения данного заболевания. Если говорить про начальные стадии патологии, то безусловно, они поддаются медикаментозному лечению. Препараты замедляют саму болезнь, не дают разрастись хрупким сосудам, помогают избавиться от отека и улучшают четкость зрения. [8]

Но, так как мы говорим про лазерные методы лечения, то обязательно надо упомянуть методику лечения запущенной болезни. Первоначальная задача лазера в этом случае – это заблокировать кровоток в новообразованных сосудах с помощью лазерокоагуляции. Однако, этот метод при лечении данной патологии имеет свои противопоказания, и он достаточно ограничен, так как есть вероятность повредить фоторецепторы. [8]

Диабетическая ретинопатия

Диабет - заболевание, связанное с нарушением усвоения глюкозы. Осложнений после диабета множество, и один из них – это диабетическая ретинопатия. Более простым языком – это повреждение сосудов сетчатки глаза, вследствие чего человек может ослепнуть. При чем это может произойти в любом возрасте. Диабет сильно влияет на наши сосуды, они становятся катастрофически тонкими, что приводит к появлению микроаневризм. [10]

Сосуды питают наш глаз, его структуры, и при наличии кровоизлияний и отеков они не могут в полной мере выполнять свои «обязанности», поэтому появляются рубцы, и сетчатка начинает отслаивается. В итоге человек теряет зрение. И именно лазерная коагуляция очень хорошо справляется с этим недугом, так как коагулирует сосуды сетчатки, что улучшает поступление кислорода в ткань, и препятствует новым образованием «слабых» сосудов.

Нарушение ретинального кровообращения

Как я ранее упоминала, при отсутствие должного питания и хорошего кровоснабжения нашей сетчатки, могут появится тромбы, «застои», спазмы сосудов. И как последствие этого – потеря зрения. [10]

Данное заболевание чаще всего встречается у людей с инфекционными заболеваниями, с патологиями суставов и сердечно – сосудистыми болезнями.

Туман перед глазами, различные мушки и искры, ухудшение зрения — все это является симптомами нарушения регионального кровообращения. И логично, что при появлении симптомов надо обратиться к врачу, но, а мы поговорим о лечении.

В первую очередь надо снять отек, и рассосать тромбы. При использовании лазера офтальмохирург сможет остановить разрастание хрупких сосудов. Лазерная коагуляция в совокупности с медикаментозным лечением приведет к восстановлению зрения и нормальному функционированию глаза. [8]

Периферические дегенерации сетчатки.

Плохое кровоснабжение, травмы, врожденные изъяны, наследственность – все это является причиной изменения глазного дна и сетчатки глаза человека. Периферические дегенерации сетчатки чаще всего подвержены люди с близорукостью, однако периферическая дегенерация сетчатки может возникнуть и у здорового человека в любой возрастной категории. Опасность данной патологии в том, что это скрытая болезнь, и ее не так легко обнаружить. Человек может просто не заметить симптомов, даже на последних стадиях, и отслоение сетчатки может произойти достаточно внезапно.  Один из симптомов — это поблескивающие включения перед глазами. Для того чтобы обнаружить патологию глаза надо быть внимательным к своему здоровью и регулярно посещать офтальмолога. Однако, если уже произошло отслоение сетчатки, то именно лазер сможет коагулировать ткань, то есть склеить ее в области разрыва и укрепить сетчатку.

Перечисленные мною патологии – это лишь малая часть, где лазер нашел свое применение. Также лазер применяют в лечении вторичной катаракты глаза, восстановлении зрения, лечении центральной серозной хориоретинопатии, глаукомы и т.д. [8; 10]

Как же работает лазер?

Вся магия работы лазера начинается с лампы накачки, чаще всего это просто мощная импульсная лампа. Она устанавливается так, чтобы как можно эффективнее излучать свет в активную среду. Например, в самом первом лазере она просто имела форму спирали. Лампа накачки выполняет ту же функцию, что и батарейка в вашем фонарике, то есть обеспечивает энергией. Только если батарейка использует для передачи энергии провода и электрический ток, то лампа накачки передает энергию электромагнитной волной, а частицы этой волны — это фотоны. Т.е. лампа накачки передает энергию в активную среду посредством фотонов. [5; 10]

Активная среда имеет цилиндрическую форму и помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, установленных друг напротив друга. Одно из которых полупрозрачное - через него луч лазера частично выходит из резонатора, а частично возвращается, и отражаюсь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём все новые и новые индуцированные переходы. [5]

Дело в том, что активная среда сконструирована таким образом, что ее атомы могут находиться в трёх энергетических состояние (Е0, Е1, Е2).

Согласно модели атома Бора, электроны в атоме вращается по орбитам, и способны обладать лишь определёнными величинами энергии и переходить с одного энергетического уровня на другой лишь скачком. То есть атом находится в определенном энергетическом состоянии, при воздействии на него энергией, атом может перейти в возбужденное состояние, в котором он находится относительно небольшой промежуток времени (10^-8 сек), а далее возбуждённый атом попадает обратно в свое обычное состояние, при этом испускает фотон и такой вид излучения называется спонтанным. [5; 7]

В 1916 году Эйнштейн открыл индуцированное излучение и заметил, что, если в атом попадает фотон, то на выходе уже появляется 2 фотона и у них абсолютно совпадает длина волны, частота, и в пространстве они движутся одинаково относительно друг друга. Так вот, физической основы работы лазера, служит явление так называемого вынужденного (индуцированного) излучения. [6]

Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом, то есть атом, который уже пришел на высший энергетический уровень (E1), способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения. При этом излученной фотон имеет ту же длину волны, что и вызвавший излучение фотон, то есть является его точной копией. И, если в активной среде большинство атомов перейдут на высший уровень (Е1), то они будут изучать фотоны под действиями других фотонов, причём каждый новый излученный фотон, вызовет новое излучение, а тот следующее, и так по цепочке. Таким образом, по закону усиления волн, происходит усиление света. Поскольку все фотоны имеет ту же длину волны. [6], [7]

Активная среда может быть кристаллом, газом, красителем и т.д. Например, в лазере, созданным А.М. Прохоровым и Н.Г. Басовым, в качестве активной среды использовали кристалл рубина. Но какое вещество не выступало бы в качестве активный среды, то все равно вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбужденного атома в среде, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атома, находящимся в невозбужденном состоянии. То есть, если среда излучит фотон, то она же его и поглотит. Поэтому, для усиления света необходимо, чтобы возбужденных атомов в среде было больше, чем не возбужденных — это так называемая «инверсия населенности». В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используют различные системы накачки активной среды лазера: оптические, электрические, химические и другие. [6; 7]

Мы знаем, в простейшем случае это импульсная лампа, установленная над активной средой. Лампа излучает первичные фотоны, тем самым нарушая термодинамическое равновесие среды, внося энергию из вне, и тем самым заставляет атомы активной среды перейти на высший энергетический уровень. При чем атом переходит не на один уровень вверх, а сразу на два, на орбиту Е2. Правда они оттуда практически сразу падают на уровень Е1. И этот переход вынужденный, он безизлучательный. Но на возбужденном уровне Е1, атомы могут находиться достаточно долго (в квантовых масштабах), поэтому в процессе накачки возникает «инверсия населенности», т.е. лампа накачки поддерживает инверсию населенности непрерывно. Атомы активный среды за это время успевают много раз сбросить энергию, поэтому лазерная вспышка при внимательном рассмотрении (например, на сверхскоростной сьемке) выглядит как «гребенка» из десятков и сотен очень коротких импульсов, а сам такой режим называется «пичковым». [6]

Еще есть импульсный режим работы лазера, суть этого режима в том, чтобы быстро открывать и закрывать затвор, который делает переднее стекло непрозрачным в закрытом состоянии, а в открытом соответственно прозрачным. Дело в том, что в непрерывном режиме работы лазера, только немногим половина атомов активной среды переходит на высший уровень Е1, а в импульсном же режиме, когда затвор закрывается, он перекрывает путь фотонов наружу и все фотоны возвращаются в резонатор, и добротность лазерного луча падает до нуля, и вся энергия лампы накачки станет уходить на возбуждения атомов активной среды и почти все атомы перейдут на высший энергетический уровень Е1, а когда затвор откроется, следовательно количество возбужденных атомов достигнет максимума. Тогда добротность резонатора мгновенно возрастет до максимума, и вся накопленная энергия «выплеснется» в виде очень короткого импульса огромной мощности. Этот вариант работы лазера именуется режимом модуляции добротности. То есть мы концентрируем энергию в очень короткий промежуток времени, тем самым делая гигантский импульс в десятки и сотни гигаватт. И чем меньше пройдет времени, тем мощнее лазерный пучок излучения. Такие лазеры могут быть величиной с пятиэтажный дом, и они используются для получения, например, термоядерного синтеза из-за их огромной мощности. [5; 4]

Если же сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. У твердотельных лазеров он близкий к дифракционному пределу. И, благодаря параллельности и концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеивания и ослабления, присуще многоцветному свету (естественному свету). Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека в медицине, науке, производстве, и других сферах. [4]

Список литературы:

1. В.А. Серебряков лазерные технологии в медицине СПбГУ ИТМО, 2009. - 167 с
2. Г.С. Евтушенко, А.А. Аристов лазерные системы в медицине издательство: ТПУ-2003
3. Сапрыкин П.И. Лазеры в офтальмологии. - Саратов: Саратовский университет. - 1982. - 188 c.
4. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир. - 2000. - 468 c.
5. https://studfile.net/preview/3535883/page:15/
6. https://cyberpedia.su/17xe7ec.html?ysclid=l8ipyyv4no276295133
7. https://studopedia.ru/9_116723_osnovi-ustroystva-i-raboti-lazerov.html?ysclid=l8ipz92gyo829883557
8. https://doctor-shilova.ru/lazernoe-lechenie/?ysclid=l8fwa59w4534935984#s5
9. https://www.zakazlinz.ru/articles/lazernoe-lechenie-glaz-naznacheniya-preimuschestva-nedostatki_art.html
10. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434130/Lazery_zreniyu?ysclid=l8furm76ad466737450