4 курс / Дерматовенерология / Лазерная_терапия_в_косметологии_и_дерматологии_Гейниц

плоскости, состоящее в устойчивом во времени усилении или ослаблении интенсивностирезультирующейсветовойволнывзависимостиотсоотношения между фазами этих волн.

Монохроматичность (дословно – одноцветность) – излучение одной определенной частоты или длины волны. Более корректно – излучение с достаточно малой шириной спектра. Условно за монохроматичное можно принимать излучение с шириной спектра менее 5 нм. Именно такую ширину спектральной линии имеют импульсные полупроводниковые лазеры. У одномодовых непрерывных лазеров ширина спектра излучения не более

0,3 нм.

Поляризация – симметрия (или нарушение симметрии) в распределении ориентации вектора напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне относительно направления ее распространения. Если две взаимно перпендикулярные составляющие вектора напряженности электрического поля (Е) совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз, то волна называется поляризованной. Если изменения происходят хаотично (при распространении электромагнитных волн в анизотропных средах, отражении, преломлении, рассеянии и др.), то волна является неполяризованной.

Постараемся проще сформулировать понятие поляризации. Если мы посмотрим вдоль оси распространения на убегающую от нас волну (рис. 25), то тогда увидим несколько вариантов ее движения или колебаний (волна всетаки). В первом случае (рис. 26, а) волна будет совершать колебания строго вдоль плоскости распространения, и мы ее просто не увидим, как лист бумаги, который повернули к нам параллельно поверхности. Такую волну называют линейно поляризованной. Во втором случае волне задан начальный импульс, отклоняющий ее колебания от заданного направления, и мы видим, что она как бы вращается вдоль оси распространения, «ввинчивается» в пространство. Тогда говорят о круговой поляризации (рис. 26, б). В общем случае

в излучении (волновом поле) можно найти все типы волн, и такой, самый распространенный вариант называют эллиптической (частичной) поляриза-

цией (рис. 26, в).

Состояние поляризации описывают параметром, называемым степенью поляризации (Сп), равным отношению разности интенсивности двух выделенных opтогональных составляющих к сумме их интенсивностей:

где ТЕ – интенсивность в плоскости распространения электрической составляющей электромагнитной волны; ТМ – интенсивность в плоскости распространения магнитной составляющей электромагнитной волны.

На практике чаще используют коэффициент поляризации Кп = Сп · 100%. Направленность – следствие когерентности лазерного излучения, когда фотоны обладают одним направлением распространения. У полупроводниковых инжекционных лазеров излучение расходящееся (и достаточно сильно!), что, однако, не мешает называть их лазерами. Параллельный световой

луч называют коллимированным.

Мощность излучения – энергетическая характеристика электромагнитного излучения. Единица измерения в СИ – ватт [Вт].

Энергия (доза) – мощностьэлектромагнитнойволны, излучаемаявединицу времени. Единица измерения в СИ – джоуль [Дж], или [Вт · с]. Используемый на практике термин «доза» – мера действующей на организм энергии. Физический смысл и размерность совпадают.

Плотность мощности – отношение мощности излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения излучения. Единица измерения в СИ – ватт/м2 [Вт/м2].

Плотность дозы – энергия излучения, распределенная по площади поверхности воздействия (когда слово «плотность» исчезает и остается только «доза», это не совсем корректно). Единица измерения в СИ – джоуль/м2 [Дж/м2]. На практикеболееудобнымпредставляется использование единицы Дж/см2, так как площади, на которые реально происходит воздействие лазерным излучением, исчисляются несколькими квадратными сантиметрами. Этот параметр определяющий, можно даже сказать основной, в биологических эффектах низкоинтенсивного лазерного излучения.

Плотность дозы вычисляется по формуле:

D = (Pср.× T)/S,

где D – доза лазерного воздействия; Pср. – средняя мощность излучения; T – время воздействия; S – площадь воздействия

Оченьважнопонимать, чтодлядостижениянаилучшегорезультата(или эффекта вообще) необходимо задать оптимальную плотность дозы (рис. 27).

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Таблица 5

Площадь облучения (S) для различных расстояний (l) от непрерывных

лазеров без оптического модуля до облучаемой поверхности

Примечание: S = π · l2 · tg(5°) · tg(20°)

Таблица 6

Площадь облучения (S) для различных расстояний (l)

от импульсных лазеров без насадок до облучаемой поверхности

Примечание: S = 4 · l2 · tg(7,5°) · tg(20°)

В табл. 7 представлены относительные (нормированные на площадь, равную 1 см2) значения доз излучения для наиболее распространенных значений мощности и времени воздействия непрерывного лазерного излучения. Мощность дана в мВт (10–3 Вт), что более удобно. Необходимо внимательно следить за размерностью всех величин, используемых в расчетах.

Таблица 7

Относительная доза лазерного воздействия (Дж/см2) при непрерывном режиме излучения

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Модуляция излучения – процесс изменения во времени мощности излу-

чения (амплитудная), частоты (частотная), фазы (фазовая). На практике в лазерной терапии используется только амплитудная модуляция, которая описывается следующими параметрами (рис. 28): длительность импульса (τи) – время, когда происходит излучение (определяют на уровне половины максимальной амплитуды); темновой период (Ттемн.) – время отсутствия излучения; периодичастота(см. выше); атакжескважность(Q) – отношение периода к длительности импульса излучения.

Рис. 28. Основные параметры модулированного излучения

В отношении режимов излучения необходимо сделать несколько замечаний:

1.Излучение непрерывных лазеров можно модулировать в пределах мощности, которую они обеспечивают в непрерывном режиме (или с незначительным превышением).

2.Модуляция может иметь различную форму (прямоугольник, треугольник и др.) и быть многочастотной – как это делается при помощи блока «Матрикс-БИО».

3.Непрерывные лазеры могут иметь среднюю мощность в десятки ватт и при соответствующей модуляции обеспечивать импульсный режим, но им-

пульсные лазеры не могут работать в непрерывном режиме! Сам механизм работы импульсных лазеров предполагает накопление энергии в течение относительно длительного промежутка времени, чтобы «выплеснуть» ее в одно мгновенье.

4.Условно импульсным можно считать такое модулированное излучение, длительность импульса которого не превышает 1 мкс при скважности более 100. Именно эти граничные условия различают импульсные и непрерывные лазеры (как переходные – квазинепрерывные). У импульсных лазерных диодов превышение этих границ приводит к их резкой деградации за счет теплового разрушения.

При модулированном режиме работы непрерывных лазеров средняя мощность уменьшается в 2 раза, так как чаще всего излучение модулируется прямоугольными импульсами со скважностью Q, равной 2. Измерители мощности при этом автоматически показывают реальное значение средней мощности, которое и принимается в расчетах.

Для импульсных лазеров расчет дозы усложняется промежуточным оп-

ределением средней мощности (Pср.), так как измерители в этих аппаратах показывают импульсную мощность:

Pср. = Ри × tи × Fи,

где Ри – импульсная мощность излучения по показанию измерителя, Вт; tи – длительность импульса излучения, с; Fи – частота повторения импульсов, Гц.

Обратите внимание на то, что для импульсных лазеров дозу можно регулировать изменением частоты!

В табл. 8 даны расчетные величины средней мощности излучения для различных значений импульсной мощности и частоты повторения импульсов. С целью упрощения длительность импульсов принимали неизменной и равной 100 нс (10–7 с) – типичное значение для наиболее распространенных лазеров. Длительность импульсов – величина постоянная, задается генератором накачки лазера.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Таблица 8

Средняя мощность излучения импульсных лазеров и лазерных диодов, мВт

Часто в методических рекомендациях и литературе приводится непосредственно доза воздействия без указания других характеристик (частота, время воздействия, мощность). Табл. 9 помогает решить для таких случаев как бы обратную задачу: для данной дозы (D) и времени (Т) воздействия определить плотность мощности излучения (Е) по формуле:

E= D ×10−3

T

исреднююмощностьдляизвестнойплощадивоздействия(S) поформуле:

Pср. = Е × S

Таблица 9

Средняя мощность излучения (мВт) для различных значений дозы и времени воздействия

Обращает на себя внимание широкая вариабельность исходных параметров при неизменной дозе: можно большой мощностью воздействовать на короткий промежуток времени и, наоборот, длительное время облучать малой мощностью. Выбор, как всегда, остается за специалистом. Исходя из возможностей аппаратуры, остроты заболевания, состояния пациента, данных литературы, собственного опыта и т. д. принимается решение в пользу конкретных характеристик пространственно-временных параметров воздействия.

При расчете дозы необходимо учитывать, что при дистантном методе воздействия приблизительно 50% энергии отразится от поверхности кожи. Коэффициент отражения кожей электромагнитных волн оптического диапазона достигает 43–55% и зависит от различных причин: охлаждение участка воздействия снижает значение коэффициента отражения на 10–15%; у женщин он на 5–7% выше, чем у мужчин; у лиц старше 60 лет ниже, чем у молодых; увеличение угла падения луча ведет к возрастанию коэффициента отражения во много раз. Существенное влияние на коэффициент отражения оказывает цвет кожных покровов: чем темнее кожа, тем этот параметр ниже. Так, для пигментированных участков он меньше

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Оптическое волокно (световод)

Оптическое устройство, предназначенное для передачи электромагнитных волн оптического диапазона на большие расстояния с минимальными потерями. Состоит из сердечника, по которому распространяется свет, и оболочки. Последняя, в свою очередь, заключена в дополнительную оплетку, которая защищает поверхность волокна, повышает его прочность (рис. 31). Коэффициент преломления сердечника лишь незначительно превышает коэффициент оболочки, поэтому свет, введенный в сердечник с торца волокна, полностьюотражаетсяотграницысердечникаиоболочки, какбызапирается в сердечнике и распространяется только в нем.

Рис. 31. Принципиальное устройство оптического волокна

Закон поглощения Бугера

Соотношение, определяющее ослабление интенсивности параллельного монохроматического луча света при распространении его в поглощающем веществе:

I = I0 × e–kl,

где I0 и I – начальная и конечная интенсивность света, е – основание натуральных логарифмов, k – показатель (коэффициент) поглощения, l – толщина слоя вещества. Физический смысл k – расстояние, на котором интенсивность излучения ослабевает в е (2,71) раз. Коэффициент поглощения зависит от поглощающего вещества и длины волны падающего излучения ( ), поэтому более правильно обозначать как k .

Магнитные поля

Магнитное поле – это одна из разновидностей электромагнитного поля, особая форма взаимодействия между движущимися заряженными частицами в проводниках или нескомпенсированными молекулярными токами в постоянных магнитах. Графически изображают силовыми линиями, которые образуют в пространстве замкнутые линии. Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция. Единица измерения в СИ –

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/