концентрация световой энергии. Это, с одной стороны, обеспечивает необходимую мощность воздействия, а с другой — точность попадания в пик поглощения мишени-хромофора.

Когерентность. Лазерное излучение возникает за счет индуцированных переходов электронов с верхнего уровня квантовой системы на нижний, поэтому электромагнитные колебания синхронизируются по фазе — волны идут как бы «в такт». Это обеспечивает максимальную фокусировку лазера.

Коллимированность. Высокая когерентность уменьшает угол расходимости лазерного луча до пределов, определяемых дифракцией, а значит повышает степень направленности лазерного источника света. То есть лазерное излучение представляет собой параллельный пучок света, который практически не рассеивается с расстоянием. Это позволяет добиться высокой яркости и сфокусировать на мишени максимальное количество энергии.

1.6. Основные параметры лазерного излучения

К основным физическим параметрам, определяющим особенности действия лазеров на биологические ткани, относятся следующие показатели:

длина волны генерируемого излучения;

плотность энергии (флюенс) и мощность;

длительность и режим (импульсное или непрерывное) облучения;

размер светового пятна и возможность фокусировки энергии;

источник излучения (вид лазера).

1.6.1. Длина волны генерируемого излучения

Длина волны (λ) излучения лазера определяется его активной средой и обусловливает особенности поглощения испускаемого света отдельными структурами кожи. Для каждого вещества характерен свой спектр поглощения (спектр абсорбции) — кривая, показывающая, какие виды излучения это вещество (их принято называть хромофорами) поглощает более интенсивно, а какие — менее. Таким образом, подбирая определенную длину волны в зависимости от спектра поглощения хромофоров кожи, мы можем прицельно воздействовать на какие-то отдельные ее структуры.

Кроме того, длина волны также определяет глубину проникновения света в кожу — чем больше длина волны, тем глубже проникновение светового излучения. ИК-лучи приникают в ткани на глубину до 7 см, видимый свет — до 1 см, УФ-лучи — на 0,5–1,0 мм (табл. I-1-2, рис. I-1-4). При этом длина волны обратно пропорциональна энергии квантов света. Это значит, что коротковолновое излучение обладает большей энергией, чем длинноволновой лазерный пучок света.

18 ЛАЗЕРЫ В ПРАКТИКЕ КОСМЕТОЛОГА И ДЕРМАТОЛОГА

Рис. I-1-4. Глубина проникновения света в зависимости от длины волны излучения

Поэтому если мы хотим повредить какие-то конкретные структуры кожи, то при подборе вариантов лазерного воздействия необходимо учитывать как пики поглощения целевых хромофоров, так и глубину залегания структур, их содержащих.

Таблица I-1-2. Спектральные полосы оптического излучения и глубина их проникновения в кожу

1.6.2. Плотность энергии (флюенс) и мощность

Насколько выраженным будет воздействие на хромофор и к каким эффектам в отношении структуры-мишени оно приведет, зависит от энергии (Дж) лазерного излучения и его мощности (Вт), характеризующей скорость поступления данной энергии. В практической деятельности эти параметры используются в перерасчете на единицу площади — в виде плотности энергии (флюенса) (Дж/см2) и плотности мощности (плотности потока энергии) (Вт/см2).

Количество световой энергии в потоке излучения характеризуется его мощностью (полной энергией, переносимой светом в единицу времени через данную поверхность) либо интенсивностью (I) света, являющейся мощностью, рассчитанной на единицу поверхности, перпендикулярно которой падают лучи света. Обычно эффекты нормируют на величину дозы (D) излучения, равной произведению интенсивности света на время (t) облучения:

D = I • t.

Важно учитывать, что биологическое воздействие оказывает только поглощенная доза, ибо часть света кожа отражает. Так, кожа отражает около 60% ИК-лучей, 40% видимого света и 10% УФ-лучей. Для УФ и видимых лучей отражательная способность непигментированной кожи почти в 2 раза выше, чем пигментированной. В инфракрасной области отражательная способность светлой кожи примерно на 20% выше.

С точки зрения мощности излучения медицинские лазеры делятся на:

лазеры малой мощности (от 1 до 5 мВт);

лазеры средней мощности (от 6 до 500 мВт);

лазеры большой мощности (высокоинтенсивные) (более 500 мВт). Лазеры малой и средней мощности причисляют к группе так называемых

биостимулирующих лазеров (низкоинтенсивных).

Лазеры высокой мощности — к фотодеструктивным. Конкретные эффекты будут зависеть от плотности мощности излучения, т.е. мощности, приходящейся на 1 см2. А именно: в диапазоне 50–100 Вт/см2 осуществляется рассечение, а в диапазоне 500–850 Вт/см2 происходит испарение (вапоризация) мягких тканей.

1.6.3. Длительность и режим (импульсный

или непрерывный) облучения

В идеале при лазерном воздействии нам нужно передать целевой структуре то количество энергии, которое вызовет только ее повреждение, но оставит неповрежденными нецелевые ткани. Поэтому важно, чтобы мишень успевала остывать между подачей порций энергии, иначе тепло будет распространяться и за ее пределы.

Время, необходимое на такое остывание, будет разным для разных структур кожи и определяется таким показателем, как время термической ре-

20 ЛАЗЕРЫ В ПРАКТИКЕ КОСМЕТОЛОГА И ДЕРМАТОЛОГА

лаксации (ВТР) для данной мишени (табл. I-1-3). ВТР — это период, необходимый для передачи 63% полученного тепла (уменьшения тепловой энергии в е=2,7 раз) окружающим тканям.

Таблица I-1-3. Время термической релаксации (ВТР) для разных структур кожи

Что касается режима облучения, лазер может испускать лучи в непрерывном, квазинепрерывном и импульсном режиме. Последний вариант позволяет избежать нежелательного перегрева и повреждения нецелевых структур за счет остывания тканей в промежутках между импульсами (рис. I-1-5). То есть если продолжительность передачи энергии хромофору (длительность импульса) будет выше его ВТР или будет снижен интервал между импульсами, то нагревание будет распространяться за пределы мишени, что может привести к нежелательному перегреву соседних структур.

В современных лазерных системах применяются специальные запатентованные технологии генерации лазерных импульсов от ультракоротких до сверхдлинных. Чем больше длительность импульса, тем более выражены фототермический­ эффект и преобладание коагуляции над абляцией (длинноимпульсные лазеры), чем меньше — тем более точечное воздействие и вероятность фотоакустического эффекта (см. ч. I, гл. 2).

t ~ 36,6 oC

Для получения ультракоротких импульсов сегодня активно используется технология модуляции добротности — Q-Switched, которая позволяет генерировать мощные импульсы наносекундной и даже пикосекундной­ продолжительности (технология пассивной модуляции добротности). Для этого во время накачки лазера намеренно «ухудшают» свойства оптического резонатора с помощью различных подходов, не давая спонтанно образованным фотонам запускать процесс индуцированного излучения — таким способом формируется избыток атомов в возбужденном состоянии. Далее свойства резонатора быстро «улучшают», и вся накопленная энергия реализуется в виде короткого мощного импульса. Существует также вариант, когда Q-Switched импульсы разбиваются на пакеты-цуги (последовательность Q-Switched импульсов меньшей энергии), — такие технологии используются в лазерах для эпиляции или удаления татуировок. Предполагается, что такой метод подачи энергии позволяет избежать образования мощных акустических волн, способных травмировать нецелевые структуры кожи. Еще одной технологией получения ультракоротких импульсов — пико-

идаже фемтосекундных — является технология синхронизации мод. Резюмируя: в разных ультракороткоимпульсных лазерах могут использоваться разные технологии, однако для нас важнее результат — они дают нам возможность получать высокомощные импульсы нано- и пикосекундной продолжительности.

При работе в импульсном режиме важным параметром является частота повторения импульсов, задающая темп, с которым эти импульсы излучаются

икакой промежуток между ними будет. Частота повторения импульсов измеряется в импульсах в секунду, или в герцах (Гц).

Еще одним важным параметром является форма импульса. В качестве конкретного примера приведем систему динамического контроля импульса (dynamic pulse control, DPC) в лазерных аппаратах для фотоэпиляции Sharplight, которая дополняет систему контроля длительности импульса. DPC позволяет контролировать конфигурацию импульса, а именно луч может испускаться в одном из режимов DPC (рис. I-1-6):

Smooth Pulse (мягкий импульс) — формирует прямоугольный однородный импульс с низкой пиковой мощностью и замедленным нагревающим эффектом. Предназначен для фототипов от I до V и идеально подходит для темной кожи, темных толстых волос, поврежденной солнцем или стареющей кожи;

Long Pulse (длинный импульс) — формирует цепочку импульсов с коэффициентом заполнения 50% (время включения равно времени отключения). Предназначен для фототипов I–IV и для коричневых волос средней толщины;

High Pulse (жесткий импульс) — формирует цепочку импульсов с высокой пиковой мощностью. Предназначен для фототипов I–III, отлично подходит для светлой кожи, тонких светлых и русых волос.

22 ЛАЗЕРЫ В ПРАКТИКЕ КОСМЕТОЛОГА И ДЕРМАТОЛОГА

Рис. I-1-6. Различные режимы динамического контроля импульсов: А — мягкий; Б — длинный; В — жесткий

Непрерывный режим подачи лазерного излучения, т.е. сплошным потоком, в сегодняшней косметологии используется нечасто; он применяется в основном для удаления различного рода образований, а также для рассечения тканей в хирургии. Более вероятно использование квазинепрерывных режимов, означающих, что источник накачки находится в состоянии «включено» не постоянно, но с высокой степенью регулярности в течение коротких интервалов времени. Эти интервалы являются настолько короткими, насколько это необходимо для снижения эффектов, связанных с выделением тепла в структуре, но все же достаточно длительными для стабильного излучения, близкого к непрерывному.

1.6.4. Световое пятно и возможность фокусировки

энергии

С точки зрения косметологии важной пространственной характеристи-

кой светового пучка является малая расходимость его лучей, называемая

вфизике коллимированностью. Ясно, что чем выше расходимость лучей, тем труднее их собрать в маленькое пятно, что часто бывает необходимым для локального воздействия, например, при фотоэпиляции. Если сравнить по площади световые пятна от карманного фонарика и лазерной указки, то отчетливо видно, что луч лазера отличает высокая степень коллимированности, проявляющаяся в строгой параллельности его лучей. Это также позволяет проводить хорошую оптическую фокусировку и тем самым получать большую энергетическую плотность квантов, или, иными словами, высокую концентрацию энергии

вмикроскопически малом объеме вещества, а также возможность передачи излучения на большие расстояния с помощью световодов.

От размера светового пятна зависит также такой важный параметр, как эффективная глубина воздействия. Поскольку при взаимодействии лазерного излучения с тканью происходит преломление света и рассеивание фотонов, это ограничивает доставку необходимой энергии к глубоко расположенным хромофорам, что важно, например, в случае эпиляции или удаления сосудистых дефектов. Если мы используем большой размер пятна, то сможем