4 курс / Дерматовенерология / Эффективная_лазерная_терапия_Том_1_Основы_лазерной_терапии_С_В_Москвин

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

Предложенныйнамитермин«энергетическаяплотность» формальнотакже не соответствует указанному в ГОСТ 8.417-2002, зато в большей степени отражает суть, в нём присутствуют все составляющие: мощность, экспозиция и площадь. Но, не побоимся повторений, для методик лазерной терапии важны все параметры отдельно: длина волны, режим работы лазера, мощность, площадь, времяэкспозиции, частотаилокализация. Математическоесведение всех их в одну цифру в результате просто приводит к исчезновению методики как таковой, она теряет всякий смысл.

Очень важно понимать, что для достижения наилучшего результата (или эффекта вообще) необходимо задать именно оптимальную ЭП (рис. 1.26). Другими словами, нужно обеспечить именно оптимальное значение параметра (иногда эту зависимость называют законом Арндта–Шульца). Все три составляющие правой части формулы – средняя мощность излучения, время воздействия (экспозиция) и площадь воздействия – взаимозависимы, т. е. оптимизация ЭП обеспечивается вариацией одного из этих энергетических параметров методики. Например, можно увеличить мощность или время для повышенияЭП, атакжеуменьшитьплощадьвоздействия. Однакоэтизависимости нелинейны, и порой бывает очень непросто оптимизировать ЭП.

Рис. 1.26. Бифазный нелинейный характер зависимости биоэффекта от энергетических параметров воздействующего НИЛИ

Прииспользованиизеркальнойнасадкиплощадьпринимаетсяравной1 см2 и не меняется в процессе проведения процедуры. То есть происходит нормирование параметров воздействия для облегчения работы. К сожалению, не всегда удаётся применять контактно-зеркальный метод, когда табличное значениенормированнойЭПиспользуетсябезвсякихкорректировок. Вреальной жизни площадь воздействия часто приходится учитывать. В табл. 1.2–1.4

40

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по дерматологии сайта https://meduniver.com/

Часть I. Базовые вопросы лазерной терапии

Таблица 1.2

Площадь освечивания (S) для различных диаметров светового пятна (круг диаметром d) при использовании ГНЛ с линзой для расширения луча

Примечание. S = π d 2 .

4

Таблица 1.3

Площадь освечивания (S) в зависимости от расстояния (l) лазерной

излучающей головки от поверхности для непрерывных лазерных диодов (независимо от длины волны) и импульсных лазерных диодов зарубежного производства (длина волны 904 нм), световое пятно в виде эллипса

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

Таблица 1.4

Площадь освечивания (S) в зависимости от расстояния (l) лазерной

излучающей головки от поверхности для импульсных лазерных диодов российского производства (длина волны 890 нм, световое пятно в виде прямоугольника)

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

представлены приблизительные значения площадей освечивания в наиболее распространённых случаях при дистантной методике воздействия в зависимостиотдиаметрасветовогопятнаи/илирасстояниядообъекта(поверхности)

вслучае использования лазерных диодов.

Втабл. 1.5 представлены относительные (нормированные на площадь, равную 1 см2) значения ЭП излучения для наиболее распространённых 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 расчётах.

Частота колебаний (Fи) – физическая величина, равная числу колебаний, совершаемыхзаоднусекунду. ЕдиницаизмеренияпоГОСТ8.417-2002 – герц

[Гц] или [1/с].

Период колебаний (Tи) – расстояние между двумя ближайшими точками волны одинаковой амплитуды, колеблющимися в одной фазе. Величина, обратно пропорциональная частоте. Единица измерения – секунда [с].

41

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

Таблица 1.5

Энергия для непрерывного режима, Дж

Примечание. Экспозиция 4–30 с – акупунктура; 0,5–5 мин – местно и на проекцию; 5–20 мин – ВЛОК. Площадь для акупунктуры и ВЛОК не определяется, для местного воздействия нормируют на 1 см2.

Модуляцияизлучения– процессизменениявовременимощностиизлучения (амплитудная), частоты(частотная), фазы(фазовая). Напрактикевлазерной терапии используется только амплитудная модуляция, которая описывается следующими параметрами (рис. 1.27): длительность импульса (τи) – время, когда происходит излучение (определяют на уровне половины максимальной амплитуды); темновой период (τтемн) – время отсутствия излучения; период и частота (см. выше); а также скважность – отношение периода Tи к длительности импульса излучения τи.

Рис. 1.27. Основные параметры модулированного излучения

Различают три основных режима излучения (рис. 1.28).

42

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по дерматологии сайта https://meduniver.com/

Часть I. Базовые вопросы лазерной терапии

Рис. 1.28. Режимы излучения: 1 – импульсный; 2 – непрерывный; 3 – модулированный: а – прямоугольный, б – «пила»,

в – короткие импульсы

Непрерывный – мощность лазерного источника не меняется за время воздействия, при этом средняя мощность равна максимальной. Измеряется в милливаттах (мВт). Для лазерной физиотерапии используют лазерные источники (излучающие головки) мощностью от 1–3 мВт (акупунктура и ВЛОК) до нескольких десятков милливатт для наружных или полостных методик.

Модулированный режим – периодически меняется амплитуда излучения (мощность), при этом средняя мощность (Pср) в Qи раз (это скважность) мень-

ше максимальной (Pмакс), или Pср = Рмакс/Qи. Как правило, скважность равна 2, ивэтомслучаесредняямощностьизлучающейголовкибудетв2 разаменьше,

чем без модуляции. Но если меняется скважность, т. е., например, длительность времени свечения будет больше, чем темновой период, то мощность снизится в меньшей степени (пропорционально).

43

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

Излучение можно модулировать (менять) только в пределах мощности, которую они обеспечивают в непрерывном режиме. Мощность непрерывных лазеров у большинства аппаратов в стандартном режиме модуляции не зависит от частоты!

Модуляция может быть многочастотной, как это сделано в специальном блоке «Матрикс-БИО» (см. раздел «Аппаратура»). Однако чаще используют постоянную частоту и прямоугольные импульсы. Для модулированного режима в большинстве аппаратов и методик используют частоты менее 100 Гц. Считается, что лишь они биологически значимы, а более высокие частоты организм воспринимает как непрерывный режим, т. е. отсутствует любая зависимость «частота–эффект». Но данные многих исследований опровергают это достаточно распространённое мнение [Москвин С.В., 2014].

Также обращаем внимание на то, что глубина проникновения не зависит от частоты модуляции излучения непрерывных лазеров, однако возможно повышение эффективности влияния лазерного света при меньших значениях ЭП, т. е. нужный результат будет достигаться на большей глубине.

Импульсный режим – световая вспышка происходит за очень короткий промежуток времениввиде редкоповторяющихся (относительно их длительности), нобольшихпоамплитудеимпульсов. Втакомрежимеработаюттолько импульсные лазеры (лазерные диоды), а в методиках ЛТ для них в отличие от непрерывных лазеров задают и контролируют именно импульсную, т. е. пиковую мощность лазерного излучения (Ри) в диапазоне от нескольких единиц до десятков ватт. При этом средняя мощность (Pср) связана с импульсной мощностью соотношением:

Pср = Ри · τи · Fи,

где τи – длительность импульсов, чаще всего 100 нс (10–7 с), величина постоянная (задаётся внутренним генератором лазерной излучающей головки); Fи – частота следования импульсов (устанавливается на панели управления базового блока).

Обратите внимание на то, что для импульсных лазеров среднюю мощность, следовательно и ЭП, можно регулировать изменением частоты!

Дляимпульсныхлазеровиспользуютчастотывсегдавыше80 Гц, т. к. только в этом случае обеспечивается необходимая минимальная световая энергия. Если требуется использовать меньшие частоты, то это можно делать только дополнительным внешним устройством, обеспечивающим внешнюю модуляцию излучения.

В табл. 1.6 даны расчётные 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 распространённых лазеров. Длительность импульсов – величина постоянная, задаётся генератором накачки лазера.

44

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по дерматологии сайта https://meduniver.com/

Часть I. Базовые вопросы лазерной терапии

Таблица 1.6

Средняя мощность излучения импульсных лазерных диодов (мВт) при изменении частоты

Часто в методическихрекомендацияхи литературеприводится непосредственно ЭП воздействия без указания других характеристик (частота, время воздействия, мощность). Табл. 1.7 помогает решить длятаких случаев задачу: для данной ЭП (D) и времени экспозиции (Т) определяется плотность мощности излучения (Е) по формуле:

E= D 10− 3

T

исредняя мощность для известной площади воздействия (S) по формуле:

Pср = Е · S.

Обращаемвочереднойразвниманиенаширокуювариабельностьисходных параметров при неизменной ЭП: можно большой мощностью воздействовать на короткий промежуток времени, и наоборот, освечивать малой мощностью с большой экспозицией. Выбор, как всегда, остаётся за специалистом. Исходя из возможностей аппаратуры, остроты заболевания, состояния пациента, данных литературы, собственного опыта и т. д., принимается решение в пользу конкретных энергетических и временных параметров методики.

Такженеобходимоучитывать, чтопридистантнойметодикеприблизительно половина энергии отразится от поверхности кожи. Коэффициент отражения кожей электромагнитных волн оптического диапазона (света) достигает 43–55% и зависит от различных причин: охлаждение участка воздействия снижаетзначениекоэффициентаотраженияна10–15%; уженщинонна5–7%

45

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

Таблица 1.7

Средняя мощность излучения (мВт)

для различных значений энергии и экспозиции

выше, чем у мужчин; у лиц старше 60 лет ниже, чем у молодых; увеличение углападениялучаведётквозрастаниюкоэффициентаотражениявомногораз. Существенное влияние на коэффициент отражения оказывает цвет кожных покровов: чем темнее кожа, тем этот параметр ниже. Так, для пигментированных участков он меньше на 6–8%. При внутриполостной и контактнозеркальной методиках практически вся подводимая энергия поглощается в объёме ткани в зоне воздействия.

Различна и глубина поглощения (чаще говорят глубина проникновения) ла-

зерного излучения, которая зависит как от длины волны падающего света, так и от состава ткани (рис. 1.29). Экспериментальными исследованиями установлено, что проникающая способность излучения от ультрафиолетового до оранжевого диапазона постепенно повышается от 20 мкм до 2,5 мм с резким увеличением глубины проникновения в красном диапазоне (до 20–30 мм), с пиком проникающей способности в ближнем инфракрасном (например, на длине волны 950 нм – до 50 мм) и резким снижением до долей миллиметра далее. Максимумпропусканиякожейсветовойэнергиинаходитсявдиапазоне длин волн от 800 до 1200 нм.

Но это только качественная оценка. Строго говоря, термин «глубина проникновения» с позиций лазерной терапии не совсем корректен и не имеет количественного определения, поскольку под этим понимают проникновение некоторого количества фотонов, достаточного для измерения, а не энергию, необходимую для «включения» вызванных лазерным излучением процессов.

46

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по дерматологии сайта https://meduniver.com/

Часть I. Базовые вопросы лазерной терапии

Рис. 1.29. Условная глубина проникновения в кожу лазерного света различных спектральных диапазонов

Другими словами, мы не знаем, сколько фотонов «пошли на пользу», вызвав фотобиологический отклик, а какая их часть поглотилась без эффекта.

Как распространяется свет в оптическом волокне, важно знать для того, чтобыправильновыбратьсветоводныйинструментдляпроведенияполостных процедур, внутривенного лазерного освечивания крови или акупунктуры.

Оптическое волокно (световод) – оптическое устройство, предназначенное для передачи электромагнитных волн оптического диапазона (света) на большие расстояния с минимальными потерями. Состоит из сердечника, по которому распространяется свет, и оболочки. Последняя, в свою очередь, заключена в оплётку, которая защищает поверхность волокна, повышает его прочность и тем самым упрощает эксплуатацию (рис. 1.30). Коэффициент

Рис. 1.30. Устройство оптического волокна

47

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

преломления n1 сердечника лишь незначительно превышает коэффициент n2 оболочки, поэтому свет, введённый в сердечник с торца волокна, полностью отражаетсяотграницысердечникаиоболочки, какбызапираетсявсердечнике и распространяется только в нём.

Для полного внутреннего отражения света, входящего в волокно под углом Θ, необходимо, чтобы выполнялось условие:

0 ≤ Θ ≤ sin–1n12 − n22 = Θmax.

Поскольку разница между коэффициентами преломления в сердечнике и оболочке лежит в пределах 0,01, то величину Θmax можно представить следующим образом:

Θmax ≈ n12 − n22.

Это максимально возможный угол, под которым свет может проходить в оптическоеволокно. Такойуголназываетсячисловойапертурой, ванглоязычной литературе обозначается NA (Numerical Aperture).

При рассмотрении оптических волокон вместо разности n1 и n2 чаще используется величина, называемая относительной разностью коэффициентов преломления:

Относительная разность коэффициентов преломления обычно выражается в процентах. Тогда, например, при n1 = 1,47 и = 1% значение NA = 0,21

иΘmax = 12°.

Вкачестве материала сердечника чаще всего применяют [Ларюшин А.И.,

1997; Окоси Т. и др., 1990]:

–кварцевое волокно (SiO2);

–многокомпонентное волокно на основе SiO2 c включением Na2O, CaO, GeO2, LiO, MgO и других компонентов, которое позволяет получить более высокую числовую апертуру (NA ≈ 0,5);

–полимерное волокно из полиметилметакрилата (РММА) или дейтеридное (фторполимеры – в качестве оболочки), основной особенностью которых является самая низкая стоимость;

–инфракрасное волокно из фтористого (ZrF2–BaF2–LaF3–YF3–AlF3–LiF)

или халькогенидного (AsS) стекла, с пониженными потерями в области длин волн от 2 до 10 мкм.

Рассмотримдалее, какменяетсямощностьлазерногоизлученияпослепрохожденияоптическоговолокна. Нарис. 1.31 представленызависимостипотерь

48

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по дерматологии сайта https://meduniver.com/

Часть I. Базовые вопросы лазерной терапии

a

б

Рис. 1.31. Зависимость потерь в оптическом волокне от длины волны для различных материалов: а – кварцевое волокно;

б – полимерное волокно PMMA

49