Влияние длины волны лазерного излучения ближнего ИК - диапазона на характер силового воздействия на биологические ткани : кровь, венозная стенка, слизистая оболочка и костная ткань

• Автор: Жилин, Кирилл Максимович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Лазерные медицинские технологии. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Современные медицинские аппараты на основе полупроводниковых и волоконных лазеров
1.2. Лечение варикозной болезни
1.3. Хирургия мягких тканей в стоматологии
1.4. Артроскогшческая хирургия коленного сустава
1.5. Структура биологических тканей и основные направления исследований
1.6. Выводы к главе
Глава 2. Физика лазерного воздействия. Расчетно-теоретические исследования оптических свойств цельной крови и параметров воздействия при ЭВЛК
2.1. Физико-математическая модель воздействия излучения на биологическую
ткань. Зависимость поражения от температуры и длительности воздействия
2.2. Оценка влияния режима облучения и длины волны на параметры воздействия при реализации процедуры ЭВЛК
2.3. Коэффициенты поглощения и эффективного ослабления лазерного излучения в цельной крови для диапазона длин волн 0,8... 2,5 мкм
2.4. Выводы к главе
Глава 3. Экспериментальные исследования оптических свойств цельной крови
3.1. Условия эксперимента
3.2. Методики измерений
3.3. Методы обработки результатов наблюдений
3.4. Результаты экспериментальных исследований
3.5. Использование метода Монте-Карло для решения обратных задач теории
переноса. Определение оптических свойств цельной крови
3.6. Выводы к главе
Глава 4. Исследования механизмов воздействия лазерного излучения при ЭВЛК
4.1. Механизмы воздействия лазерного излучения при ЭВЛК
4.2. Условия эксперимента и методика измерений
4.3. Результаты экспериментальных исследований
4.4. Уточнение механизмов воздействия лазерного излучения при ЭВЛК
4.5. Выводы к главе
Глава 5. Экспериментально-морфологические исследования воздействия лазерного излучения ближнего ИК-диапазона на биологические ткани
5.1. Программа и методики исследований
5.2. Ислледования воздействия на кровь и венозную стенку
5.3. Исследования воздействия на слизистые ткани полости рта
5.4. Исследования воздействия на костную ткань коленного сустава
5.5. Выводы к главе
Глава 6. Обобщение результатов исследований, их клиническая апробация и внедрение в медицинскую практику
6.1. Лечение варикозно-расширенных вен методом ЭВЛК
6.2. Амбулаторная стоматологическая хирургия
6.3. Рекомендации по использованию семейства современных лазерных аппаратов ЛСП-«ИРЭ-Полюс» для хирургии и силовой терапии
6.4. Выводы к главе
Заключение
Литература
Введение
Актуальность работы. Современный инновационный этап развития экономики и общества во многом определяется степенью внедрения и эффективностью использования лазерных технологий на практике. Приоритетность данного направления развития для нашей страны исторически связана с пионерскими работами Н.Г. Басова и А.М. Прохорова в области квантовой электроники, приведшими к созданию лазеров и мазеров, и получившими в 1964 г. мировое признание. На современном этане несомненным подтверждением значимости этого направления является присуждение Государственных премий ряду работ по лазерной тематике, в том числе двум работам из трёх, получившим Государственные премии Российской Федерации в области науки и техники в 2010 г., а также работе по волоконным лазерам, удостоенной премии в 2011 г. [1, 2]. Особенно актуально расширение сфер применения лазерных технологий в медицине. Причем реализация этого приоритетного для страны направления развития зависит не только от достижений в разработке новых перспективных типов лазеров и средств доставки лазерного излучения к объекту воздействия, но и от степени изученности механизмов взаимодействия лазерного излучения с различными биологическими тканями и биологических последствий такого воздействия. Именно поэтому получение объективных данных о характере взаимодействия лазерного излучения с конкретной длинной волны с конкретным биологическим матери-атом и о возможных последствиях этого воздействия представляет актуальную научно-практическую задачу. Только наличие объективной информации по данному вопросу даёт возможность создавать и рекомендовать разрабатываемые новые высокоэффективные лазерные технологии к практическому использованию в той или иной области медицины. Подобная информация представляет также значимый интерес для выработки требований и формирования технической политики по дальнейшему развитию отечественного парка медицинских лазерных установок.
К настоящему времени исследованиям специфики взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями, обусловленной особыми свойствами лазерного излучения (монохроматичностью, направленностью и высокой интенсивностью) посвящено значительное число работ, например [3-24]. Именно результаты фундаментальных исследований широкого круга явлений, связанных с разнообразными эффектами взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями, позволили заложить научную основу таких трёх основных направлений его практического применения в медицине как: лазерная хирургия, лазерная терапия, лазерная микро и макро диагностика [3]. Для каждого из указанных направлений характерны свои цели, методы и способы их реализации, базирующиеся на результатах исследований специфичных эффектов и механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими структурами. Для каждого, в основном, определились предпочтительные рабочие диапазоны интенсивностей и длин волн излучения. Предложены характерные лазерные медицинские технологии. Наиболее успешны и значимы

молекул после воздействия в течение времени г; А - частотный фактор, с-1; Еа - энергия активации, Дж-моль-1; Я - универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж'Моль-1-К ; Т(г, 1) - абсолютная температура, К [12, 19].
Энергия активации Еа и частотный фактор А характеризуют процесс денатурации белка и других составляющих биологических тканей. Значение частотного фактора А изменяется в пределах Ю40... Ю105 с-1, а энергии активации Еа — в диапазоне 10я ... 106 Дж-моль^1 [12]. Величина функции повреждения П(г, т) = 1 означает, что после воздействия на ткань количество неповрежденных молекул (одномолекулярных клеток) уменьшилось в е раз, то есть выжило 37%. Однако, для биоткани, состоящей из многомолекулярных клеток, это означает их 100% повреждение. Экспертная же оценка для количественного значения функции повреждения Г2(г, т), характеризующая полное разрушение ткани, составляет 0,6 и соответствует 50% уровню выживания молекул [98]. Возможности кратко рассмотренной выше математической оптико-депловой модели получили практическую реализацию (в основном в зарубежных работах) в исследованиях физики и механизмов воздействия излучения, в том числе и в зависимости от длины волны при выполнении ряда медицинских технологий [20, 21, 98, 106, 107].
2.2. Оценка влияния режима облучения и длины волны на
параметры воздействия при реализации процедуры ЭВЛК
Как известно, основная цель использования математических моделей в проблематике силовой лазерной терапии сводится к определению режимов и параметров воздействия (интенсивности светового потока, длительности воздействия, длины волны излучения) для создания пространственно-временного распределения теплового источника в биоткани, при котором выполняется основная целевая задача (поражение живых клеток опухоли, нагрев до необходимой температуры хрящей, резы мягких тканей) при минимальном тепловом поражении близлежащих тканей. При эндовенозной лазерной коагуляции основная целевая задача сводится к устойчивому перекрытию венозного просвета за счет внутревенного воздействия лазерного излучения на кровь и венозную стенку, приводящих к повреждению внутренней стенки вены [16] и формированию устойчивого тромба, трансформирующегося в дальнейшем в тяж. При этом, как показано было раньше, одной из актуальных задач данного направления является установление зависимости эффективности методики эндовенозной лазерной коагуляции от длины волны воздействующего излучения. Наиболее интересны в этом плане работы Б. Могс1оп с сотрудниками [20, 21], в которых впервые осуществлена реализация оптико-депловой модели применительно к исследованиям механизмов и параметров воздействия при эндовенозной лазерной коагуляции. Распространение излучения света (уравнение переноса (2.3)) и формирование источника тепла авторы рассматривают в цилиндрической г, .г-геометрии с использованием диффузионного приближения. В этом случае для точечного изотропного источника флю-