Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани. Реферат. Медицина, физкультура, здравоохранение.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Медицина, физкультура, здравоохранение
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
На
тему: Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на
биологические ткани
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.
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.
Эйнштейн был сильно увлечен проблемой природы
света, и в 1915- 1916 гг. опубликовал работу Strahlung-Emission und Absorption
nach der Quantentheorie, которая является фундаментальной и кардинальной в
нашей истории. Он продолжал размышлять над теорией черного тела Планка и
искусственным в некотором смысле способе, каким он решил проблему, введя
концепцию квантования энергии. Затем, в 1916 г., он опубликовал новое, крайне
простое и изящное доказательство закона Планка и в то же самое время получил
важные результаты, касающиеся испускания и поглощения света атомами и
молекулами. В этой работе впервые была введена концепция индуцированного
излучения, которая является фундаментальной для лазерного эффекта. Он мастерски
объединил «классические законы» с новыми концепциями квантовой механики,
которая в то время развивалась под руководством Бора.
Эйнштейн рассматривал молекулы, заключенные в
сосуде. Согласно постулатам Бора, разработанным к тому времени, каждая молекула
может иметь лишь дискретный набор состояний с определенными энергиями. Если
большое число таких молекул составляют газ при некоторой температуре, то
вероятность одной молекулы находиться в определенном состоянии можно
установить, применяя законы статистической механики, установленные Гиббсом,
Максвеллом и Больцманом. Эйнштейн предположил, что молекулы обмениваются
энергией с излучением, которое присутствует в объеме за счет трех процессов.
Первый процесс, который мы сегодня называем
«спонтанным излучением», происходит, если молекула находится не в низшем
состоянии энергии, а в некотором высшем состоянии. Тогда она будет переходить в
состояние с низкой энергией, испуская фотон с энергией, которая точно равна
разности энергий этих двух состояний. Этот процесс девозбуждения является
процессом, описываемым Бором для молекулы или возбужденного атома скачком
переходить в состояние с низшей энергией. Эйнштейн предположил, что этот
процесс происходит случайным образом, подобным тому, как радиоактивный атом
распадается во времени.
Второй процесс может рассматриваться как
обратный первому и является процессом поглощения. Молекула, находящаяся в
определенном состоянии энергии, может перейти в более высокое состояние, если
ударится с фотоном, имеющим энергию, как раз равную разности между двумя
состояниями. Этот процесс также рассмотрен Бором. В этом случае фотон исчезает
(поглощается) и молекула получает всю его энергию, чтобы перейти на высшее
энергетическое состояние.
Третий процесс был впервые введен Эйнштейном и
сегодня называется «вынужденным (индуцированным) излучением». Согласно этому
процессу, если молекула находится в высшем энергетическом состоянии и с ней
сталкивается фотон с энергией, в точности равной разности между состояниями, то
она может перейти в низшее состояние. При этом молекула испускает фотон с той
же самой энергией, а первый фотон продолжает свое движение свободно, просто
«стимулируя» молекулу девозбудиться.
. История развития лазерной техники
Все лазеры состоят из трёх основных частей:
· системы накачки (источник энергии);
· оптического резонатора (может
отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).
Каждая из них обеспечивает для работы лазера
выполнение своих определённых функций.
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:
здесь N - число атомов, находящихся в
возбуждённом состоянии с энергией E, N0 - число атомов, находящихся в основном
состоянии, k - постоянная Больцмана, T - температура среды. Иными словами,
таких атомов, находящихся в возбужденном состоянии меньше, чем в основном,
поэтому вероятность того, что фотон, распространяясь по среде, вызовет
вынужденное излучение также мала по сравнению с вероятностью его поглощения.
Поэтому электромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на
возбуждение атомов. Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера:
здесь I0 - начальная интенсивность, Il -
интенсивность излучения, прошедшего расстояние l в веществе, a1 - показатель
поглощения вещества. Поскольку зависимость экспоненциальная, излучение очень
быстро поглощается. В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем
невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо
противоположна. Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и
излучение усиливается по закону:
где a2 - коэффициент квантового усиления. В
реальных лазерах усиление происходит до тех пор, пока величина поступающей за
счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой
в резонаторе[17]. Эти потери связаны с насыщением метастабильного уровня
рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а
также с наличием множества других факторов.
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.).
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:
· 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.
. Высокоинтенсивные лазеры, свойства, действие
на биологические ткани
Биологическое действие высокоинтенсивного
лазерного излучения реализуется в тканях организма в виде трех основных
эффектов:
• вторичных - фотохимических,
фотоэлектрических и фотодинамических эффектов, стимуляции или угнетении
биохимических процессов, изменении функционального состояния клеток (включая их
мембраны и органеллы), тканей и систем целостного организма;
• эффектов последствия - цитопатического
и др.
Первичное воздействие излучения
высокоинтенсивных лазеров проявляется в виде трех основных эффектов:
Основным действующим фактором лазерного
излучения является мощный световой поток, который в первую очередь обладает
свойством оказывать давление на поверхность ткани (эффект давления света был
открыт в 1901 г. П.Н. Лебедевым). Поскольку мощность светового потока
высокоинтенсивных лазеров достаточно высока, соответственно значительных
величин достигает и вызываемое ими давление света на ткань, создающее ударную
световую волну.
Световой поток высокой интенсивности при
взаимодействии с тканями в первую очередь вызывает термический эффект, который
в зависимости от его мощности (в том числе плотности мощности) может вызывать
последовательно ряд изменений тканей:
В настоящее время лазерные медицинские
технологии широко используются в клинической медицине как методы эффективной
избирательной деструкции патологически измененных тканей (высокоинтенсивные
излучения) с одной стороны и для стимуляции обменных процессов в клетках
(низкоинтенсивные излучения) - с другой.
Высокоинтенсивные лазерные воздействия (8 Дж/см2
и более) применяются в качестве лазерного скальпеля при эндоваскулярных и
других хирургических вмешательствах, для локальной интерстициальной гипертермии
в онкологии (1, 8, 32, 82, 92). Высокоинтенсивные лазерные воздействия приводят
к изменениям физического состояния тканей, вызывая в них абляцию, коагуляцию и
гипертермию.
Низкоинтенсивные лазерные воздействия (0,1 3,0
Дж/см2) с успехом используются почти во всех областях медицины для коррекции
нарушений иммунитета, улучшения реологических свойств крови и микроциркуляции,
усиления процессов репарации (14, 21, 35, 58). Биологическое действие
низкоинтенсивных лазерных излучений связывают с изменениями в клетках
концентрации цитозольного кальция, фосфолипидов мембран, а также с образованием
активных форм кислорода.
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
. 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.
Похожие работы на - Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани Реферат. Медицина, физкультура, здравоохранение.
Контрольная работа: Контент-анализ и его процедура
Реферат: Логистические потоки
Реферат: Інвестиційний аналіз
Контрольная работа по теме Расчет и исследование показателей работы цеха машиностроительного предприятия
Реферат На Тему Право
Сочинение Миниатюра Почему Иуда Предал Христа
Реферат: Начальная профессиональная подготовка подразделений Государственной противопожарной службы
Сочинение: Нравственная проблематика современной прозы. По одному из произведений по выбору Е.И.Замятин Мы.
Диссертация Вадима Валерьевича Михайлова Прогноз Ионосферных Параметров
Курсовая работа по теме Анализ ассортимента и экспертиза качества чая на материалах супермаркета Сash&Carry 'Абсолют'
Реферат: Сон, гипноз
Курсовая Работа Управление Ассортимент Сливочным Маслом
Что Сближает Людей Сочинение Примеры
Статья: Новая карта рельефа Марса
Сочинение На Тему Природа 9 Класс
Контрольный Диктант Работа Над Ошибками
Реферат: Проблема погашения внешних долгов Турции в конце ХХ века
Контрольная работа по теме Лизинг как форма долгосрочного кредитования. Инвестиционная деятельность предприятия
Эссе По Обществознанию Свобода Означает Ответственность
Реферат: Подготовка макета web-страницы в Adobe PhotoShop. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Character Of Hester In Lawrence
Курсовая работа: Машинный агрегат
Реферат: Активные и пассивные операции коммерческих банков