Взаимодействие лазерного излучения с биообъектами

Процессы, характеризующие виды взаимодействия ЛИ с биообъектами, можно разделить на 3 группы:

• невозмущающее воздействие (не оказывающее заметного действия на биообъект);

• фотохимическое действие (возбужденная лазером частица либо сама принимает участие в соответствующих химических реакциях, либо передает свое возбуждение другой частице, участвующей в химической реакции);

• фоторазрушение (за счет выделения тепла или ударных волн).

Отражение, поглощение, пропускание в случае однородной среды. При попадании ЛИ на ткань могут наблюдаться три процесса:

отражение, которое характеризует отраженная часть потока (Ф_отр),

поглощение, которое характеризует поглощенная часть потока (Ф_погл),

пропускание, которое характеризует пропущенная часть потока (Ф_проп)-

По закону сохранения энергии сумма этих потоков равна потоку падающего излучения: Ф_отр + Ф_погл + Ф_проп = Ф_пад.

На рис. схематически показано распределение этих потоков.

Соотношение между потоками зависит от длины волны и свойств среды. Для оценки поглощения излучения в ткани используется коэффициент поглощения a = Ф_погл/Ф_пад-

38.7.2. Отражение и поглощение в коже. Взаимодействие лазерного излучения чаще всего начинается с контакта с кожей. Перераспределение лазерного луча на коже показано на рис

Из-за отражения от нескольких слоев кожи суммарное отражение может достигать 60%.

Изменения, происходящие в ткани при воздействии мощного лазерного излучения. Действие лазера в хирургии, будь то в качестве режущего инструмента или коагулятора, базируется на превращении электромагнитной энергии лазерного луча в тепловую энергию. В облучаемом объекте возникает источник теплоты с мощностью q (Вт/м³). Поглощенное лазерное излучение приводит к проявлению различных процессов (рис.).

Излучение удаляет нагретую до нескольких сотен градусов ткань (зона а) и проникает далее в ткань. Поглощенное там излучение недостаточно для удаления ткани, но приводит к коагуляции (иногда совместно с обугливанием – черная жирная линия) в слое, соответствующем глубине проникновения света (зона б). В дополнение к непосредственному нагреванию излучением окружающая ткань нагревается вследствие теплопроводности (зона в). На внешней границе этой зоны имеют место обратимые изменения ткани.

Если излучение исходит от высокоинтенсивного сфокусированного лазера, то термические повреждения сопровождаются механической травмой ткани за счет ударных волн (см. ниже).

Протяженности отдельных зон (ширина разреза, граница обугливания, граница коагуляции, зона обратимого изменения ткани, зона механического повреждения) зависят от характеристик ЛИ (длина волны, мощность, непрерывное или импульсное излучение, частота повторения импульсов), от свойств окружающей среды (воздух, вода, кровь) и свойств самой ткани (в первую очередь от коэффициента поглощения и теплопроводности).