6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Эффективная_лазерная_терапия_Том_2_Эффективность_лазерной_терапии

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

Плотность мощности – отношение мощности излучения к площади поверхности, по которой она распределена. Единица измерения – ватт/м2 [Вт/м2]. Опять же на практике значительно удобнее использовать другое нормирование, мВт/см2, такая производная величина и используется чаще всего. Посколькуплощадьвоздействияредкопревышаетнесколькоквадратныхсантиметров, масштабы производимых действий и логика методик в этом случае болеепонятны, следовательно, снижаетсявероятностьошибкиприназначении и проведении процедур, что очень важно.

Энергия излучения – мощность, излучаемая в единицу времени. Единица измерения в СИ – джоуль [Дж] или [Вт·с]. Ещё раз напоминаем, что эту величину часто ошибочно называют дозой, хотя нет такого понятия в единицах измерения для оптического диапазона, в т. ч. и лазерного света!

Также специально обращаем внимание на то обстоятельство, что далее в книге в ссылках на работы других авторов все значения энергетических параметров приведены к единому масштабу (да простят нас коллеги), поскольку, кроме всего прочего, это позволило обнаружить довольно часто встречающиеся ошибки, вносящие дополнительный сумбур в и так непростую ситуацию с описанием методик ЛТ.

Энергетическаясветимость– энергияизлучения, распределённаяпоплощади. Единица измерения Дж/м2 [Дж/см2]. НО! Для эффективной методики лазернойтерапииважнывсеперечисленныевышепараметры, которыенадо задавать отдельно, не связывая их в обобщённый показатель. Это заблуж-

дение необходимо забыть как можно быстрее, поскольку кроме отсутствия информации о методике ошибочная терминология создаёт также неблагоприятный психоэмоциональный фон (пресловутая «доза»), что однозначно негативносказываетсянаэффективностилечения. Вкрайнемслучае, еслиуж совсем необходимо, обобщённый, итоговый параметр именовать энергетической плотностью (ЭП), так ближе к стандартам и не нервирует пациентов.

где Pср – средняя мощность, S – площадь поверхности, по которой распределена световая энергия, t – время воздействия (экспозиция).

Предложенный термин «энергетическая плотность» формально также не соответствует указанному в ГОСТ 8.417-2002, зато в большей степени отражает его суть, в нём присутствуют все составляющие: мощность, экспозиция и площадь. И не побоимся повторений, для методик лазерной терапии важны все параметрыотдельно: длина волны, режим работы лазера, мощность, площадь, время экспозиции, частота и локализация. Математическое сведение всех их в одну цифру в результате просто приводит к исчезновению методики как таковой, она теряет всякий смысл.

Впрочем, оговоримся, чтоврадиационной(лучевой) терапиитермин«доза» не только может, но и должен применяться именно в значении предельного

30

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

Часть I. Теоретические основы и общие положения

ограничения, поскольку в этом методе используется радиация, непосредственно разрушающая раковые клетки. Зависимость «эффект–доза» для этого методалинейная(рис. 1.2, б), иеслизнать, сколькоприпостоянноймощности источника радиоактивного излучения надо времени, чтобы разрушить одну клетку, можно определить, сколько времени облучать (именно так, а не осве-

a

31

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

чивать, как для лазерной терапии) опухоль. Такое предельное значение дозы (поглощённойэнергии, мощностивединицувремени) являетсяодновременно и самым эффективным, поскольку при продолжении облучения могут быть повреждены нормальные клетки, а если экспозицию снизить, то не все раковые клетки разрушатся. То есть при одном источнике радиационного излучения с постоянной мощностью результат лечения зависит, по сути, только от размера и локализации опухоли, а также времени экспозиции. В этом методе термины«доза» какпредельнаямеравоздействия(прямоезначениеэтогослова) и «облучение» (по ассоциации со словами «разрушение» и «поражение», связанными с радиацией) могут применяться вне всяких сомнений. Это же регламентирует и ГОСТ 8.417-2002 для ионизирующего излучения.

Ноповторяли, повторяемибудемповторять, чтовлазернойтерапиисовер-

шенноинаяситуация, вэтомметоделеченияэнергетическаязависимостьносит явновыраженныйнелинейныйхарактер, оптимальноезначениеэнергетической плотностиимеетвыраженныйэкстремум, лежащийвдостаточноузкоминтервале, впределаходногопорядка. ЭтузакономерностьвоздействияНИЛИчасто называют«бифазной», описываемойчерезростэффектананачальномэтапеи снижениевовторойфазе, дальнейшемувеличенииЭП(рис. 1.2, а) [Huang Y.-Y. et al., 2009]. Болеетого, приопределённыхусловияхтакихэкстремумовможет бытьнесколько(рис1.2, б), поканамизвестносемьоптимальныхзначений(см. 2-ю часть книги), но реально их существует больше.

Но самое главное даже не это. Оптимальное значение ЭП может меняться в десятки и сотни раз в зависимости от таких параметров воздействия, как длина волны, режим работы лазера (импульсный или непрерывный), частота модуляции, расположение лазерных источников относительно поверхности и др. Существенно зависит выбор энергетических характеристик НИЛИ также от возраста и состояния пациента, области воздействия (методики), наличия других действующих лечебных факторов, времени суток и т. п. Поэтому эффективноевоздействиелазернымсветомсЭПприоднойкомбинациипараметровможетбытьабсолютнобесполезнымдлядругоговарианта, приизменении хотя бы одной составляющей методики.

Получается, чтоесливыбратьдлялазернойтерапиинекуюгипотетическую универсальнуюиоптимальнуюЭП(«дозу»), томожносравнойвероятностью получитькакположительныйрезультат, такиегоотсутствие, аврядеслучаев даженегативноевоздействие. Нивкоемслучаенельзярассчитыватьивообще приниматьвовнимание, категорическинеобходимокакможнобыстреепросто забыть про этот абсолютно неинформативный параметр, лишь вводящий в

заблуждение! Использованиеэтоготермина(«доза») негарантируетибезопасностипроведенияпроцедур, чтосамоеглавное! НадозадаватьВСЕпараметры методики (которых не более 6–7) осознанно и последовательно, тогда будет почти полная гарантия (но даже в этом случае не 100%) высокой эффективностилечения. Ичембольшеучтенофактороввлияния, темвышевероятность успешного лечения и безопасности метода. Поэтому в лазерной терапии нет

32

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

Часть I. Теоретические основы и общие положения

ине может быть одного универсального параметра, а есть характеристики, детально описывающие методику. Также замечено, что именно безграмотно использующие терминологию, кроме того, очень любят говорить «облучать», ассоциируя процесс с разрушением (второй «Чернобыль»). Но пришло время в лазерной терапии постепенно заменять подобную терминологию на более благозвучные и адекватные слова: «светить», «освечивать», «воздействовать»

идр.

Вданном случае для особо упорствующих уместно провести аналогию с портным, который, записав нужные ему размеры, затем их перемножает и выдаётзаключение, чтолучшийкостюмполучаетсяпритаком-тообъёмеичто важны не все размеры по отдельности, а всего одна цифра, причём для всех клиентов. К великому сожалению, есть ещё такие, кто упорно настаивает на необходимости «дозирования» и «облучения», не обращая внимание на вред, который они наносят развитию лазерной терапии своей безграмотностью. Быстро ситуацию не изменить, для этого нужно время, но процесс уже идёт достаточно активно и позитивно, что радует.

Временные параметры

Частота колебаний (Fи) – физическая величина, равная числу колебаний, совершаемых за одну секунду. Единица измерения – 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].

Модуляцияизлучения– процессизменениявовременимощностиизлучения (амплитудная), частоты(частотная), фазы(фазовая). Напрактикевлазерной терапии используется только амплитудная модуляция, которая описывается следующими параметрами (рис. 1.3): длительность импульса (τи) – время, когда происходит излучение (определяют на уровне половины максимальной

Рис. 1.3. Основные параметры модулированного излучения (комментарии в тексте)

33

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

амплитуды); темновой период (τтемн) – время отсутствия излучения; период и частота (см. выше); а также скважность (Qи) – отношение периода Tи к длительности импульса излучения τи.

Различают три основных режима излучения (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Режимы излучения: 1 – импульсный; 2 – непрерывный; 3 – модулированный: а – прямоугольный, б – «пила», в – короткие импульсы

(пояснения в тексте)

Непрерывный – мощность лазерного источника не меняется за время воздействия, приэтомсредняямощностьравнамаксимальной. Измеряетсявмилливаттах (мВт) – для физиотерапии, разумеется. В лазерной терапии используют лазерные источники (головки) мощностью от 1–2 мВт (акупунктура и ВЛОК) до нескольких десятков мВт в наружных или полостных методиках.

Модулированный – периодически меняется амплитуда излучения (мощность), при этом средняя мощность (Pср.) в Qи раз (это скважность) меньше максимальной (Pмакс) или Pср. = Рмакс/Qи. Как правило, скважность равна 2, и в

34

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

Часть I. Теоретические основы и общие положения

этом случае средняя мощность излучающей головки будет в 2 раза меньше, 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).

Излучение можно модулировать (менять) только в пределах мощности, которую они обеспечивают в непрерывном режиме. Мощность непрерывных лазеров в режиме модуляции не меняется от частоты! В стандартных ап-

паратах и режимах.

Модуляция может быть многочастотной – как это сделано в специальном блоке«Матрикс-БИО» (см. 4-ючастькниги). Однакочащеиспользуютпостоянную частоту и прямоугольные импульсы. Для модулированного режима в большинстве аппаратов и методик используют частоты менее 100 Гц. Считается, чтолишьонибиологическизначимы, аболеевысокиечастотыорганизм воспринимает как непрерывный режим, т. е. отсутствует любая зависимость «частота–эффект». Но данные многих исследований опровергают это достаточно распространённое мнение (см. главу 3.3).

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 (см. 2-ю и 3-ю части книги).

Импульсный– излучениепроисходитзаоченькороткийпромежутоквремениввидередкоповторяющихся(относительноихдлительности), нобольших поамплитудеимпульсов. Втакомрежимеработаюттолькоимпульсныелазеры (лазерные диоды). Контролируют и задают в методиках ЛТ именно импульсную, т. е. пиковую мощность излучения (Ри), которая в отличие от мощности непрерывныхлазеровсоставляетотединицидесятковватт. Приэтомсредняя мощность (Pср) связана с импульсной соотношением:

где τи – длительность импульсов, чаще всего 100 нс (10–7 с), величина постоянная(задаётсявнутреннимгенераторомлазернойизлучающейголовки); Fи – частотаследованияимпульсов(задаётсянапанелиуправлениябазовогоблока).

Распространение света в оптическом волокне,

и какие насадки можно использовать в лазерной терапии

Оптическое волокно (световод) – оптическое устройство, предназначенное для передачи световой энергии 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, упрощает эксплуатацию (рис. 1.5). Коэффициентпреломленияn1 сердечниканезначительнопревышает

35

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

коэффициент n2 оболочки (2б), поэтому свет, введённый в сердечник (2а) с торца волокна, благодаря эффекту полного внутреннего отражения как бы «запирается» и распространяется только в сердечнике, не выходя наружу и почти не теряя своей энергии при распространении.

Рис. 1.5. Устройство оптического волокна (пояснения в тексте)

Рассмотримнаконкретномпримере, длячегонеобходимознаниеосновфизикираспространениясветавволокне[МосквинС.В., 2010(1)]. Эффективность лазернойтерапииобеспечиваетсяоптимизациейпараметровНИЛИ, впервую очередьэнергетическойплотности, зависящейотмощностииплощади. Далее в книге подробно объясняется, чем это обусловлено, сейчас нам важно знать, что эффективность воздействия снижается вследствие уменьшения мощности лазерного света при прохождении через биоткань за счёт поглощения и рассеяния (см. далее). Поэтому необходимо доставить световую энергию к органу с минимальными потерями. Это касается всех полостных методик, широко применяемых в оториноларингологии, стоматологии, гинекологии и др. В урологии и андрологии, например, через специальные насадки воздействуют на предстательную железу.

Проблема минимизации потерь и обеспечения максимальной мощности излучения на выходе насадки решается порой совсем не просто, и чтобы понять суть разработанной нами конструкции, сначала необходимо понять сам принцип функционирования насадки П-1, предназначенной для доставки лазерного излучения к предстательной железе (рис. 1.6). К лазерной излучающей головке (1) присоединяется (накручивается) насадка П-1 (2). Лазерный диод(3) находитсяблизкоккраюизлучающейголовки, т. е. снаружи, длятого чтобы его область свечения (4) приблизить к световоду внутри насадки (5) и без потерь ввести излучение в световод. Далее, также почти без потерь (за счёт полного внутреннего отражения), световая энергия доставляется на зеркало (6), отражается и выходит наружу под заданным углом. Таким образом, на предполагаемый объект воздействия, в данном случае измеритель мощности (7), доставляется почти вся энергия лазерного источника с заданием необходимой площади и локализации светового пятна. Измеряя мощность излучения на выходе лазерной головки без насадки (Рвх) и на выходе насадки (Рвых), определяется отношение Рвых/Рвх, как её коэффициент пропускания.

36

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

Часть I. Теоретические основы и общие положения

Рис. 1.6. Принцип функционирования световодного инструмента на примере проктологической насадки П-1 производства Научно-исследовательского центра «Матрикс» (пояснения в тексте)

Это одна из важнейших причин (эффективный ввод излучения) необходимости нахождения лазерного диода снаружи излучающей головки. В ряде аппаратов лазер (лазерный диод) находится глубоко внутри, но поскольку световойпотоксильнорасходится, товвестиеговсветовод(оптическоеволокно) не представляется возможным. В этих аппаратах применяют пластиковые насадки с сомнительными оптическими характеристиками – излучение в них не доставляется в нужное место с минимальными потерями, как в световоде, и не распределяется потом необходимым образом, а рассеивается достаточно хаотично. Роль световодного инструмента, собственно, они не выполняют, это не более чем бутафория.

При разработке настоящего, высокоэффективного световодного инструмента приходится сталкиваться и с другими проблемами.

1. Коэффициент пропускания волокна для конкретной длины волны. Вроде быдлинаприменяемоговолокнавнасадкахслишкоммала(неболее15–20 см), чтобызадумыватьсянадэтимпоказателем, однакоэтонетак. Нарисункахприведеныспектрыпропусканиякварцевого(рис. 1.7, а) иполимерного(рис. 1.7, б) волокон. Если для кварцевого волокна вполне приемлемый коэффициент пропускания(награфикепредставленоослаблениевдВ/км) вовсёмспектральном диапазоне, от400 до1500 нм, топринципиальнодругаяситуациясполимерным волокном, которое достаточно мало ослабляет лазерное излучение только в диапазонеот400 до830 нм, новобласти890–904 нм(самыераспространённые ИК-импульсныелазеры, применяемыевлазернойтерапии) полимерноеволокно практически не прозрачно, на 1 см волокна лазерный свет ослабляется в 300 тыс. раз! Тоестьоптическоеволокноизпластика(PMMA) нельзяприменять дляИК-лазеров, приработевэтомдиапазонетребуйтеотпроизводителядоказательстватого, чтопоставляютсянасадки(световоды), изготовленныеименноиз кварцевоговолокна. Проверитьихкачествоможно, измеривнавыходеволокна (насадки) мощность излучающей головки с импульсным ИК-лазером.

Проблема в полной мере проявилась именно сейчас, когда практически все производители оптических насадок перешли на полимерное волокно в связисегодоступностью, низкойценойитехнологичностью. Эффективность

37

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ

a

б

Рис. 1.7. Зависимость потерь в оптическом волокне от длины волны для различных материалов: а – кварцевое волокно;

б – полимерное волокно PMMA

38

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

Часть I. Теоретические основы и общие положения

лазерной терапии при этом страдает или исчезает вовсе. Только Научно-ис- следовательский центр «Матрикс» в настоящее время производит насадки из кварцевого волокна, которые пропускают до 40–45% излучения импульсных лазеров с длиной волны 890–904 нм!

2.Внутренний диаметр волокна. Чем он больше (внутренняя часть, проводящаялазерныйсвет), тембольшеэнергииможноввестивволокноитемвыше будет мощность на выходе. Однако слишком большой диаметр не позволяет формировать пятно нужной формы, размера и направленности. В насадках Научно-исследовательскогоцентра«Матрикс» применяетсятолькокварцевое волокно диаметром всего 1200 мкм!

3.Важен не только диаметр волокна, но и размер тела свечения лазерного диода. ВсепроизводителивРоссиидляимпульсныхлазерныхголовокприменяют отечественные лазерные диоды мощностью 100 Вт (производства НИИ «Полюс», Москва), имеющиеразмеробластисвеченияприблизительно4000 × 4000 мкм! Ввести в волокно с такой большой площадки можно не более 1% мощности, т. е. навыходенасадкионасоставитнеболее1 Вт. ТолькоНаучноисследовательский центр «Матрикс» применяет в излучающих головках ЛО7 импортные лазерные диоды с телом свечения всего 285 × 10 мкм!

4.Значительнуюрольвобеспеченииэффективноговводаизлученияиграет

иего расходимость. Если у отечественных ЛД она составляет в среднем 40 × 20 градусов, то у применяемых Научно-исследовательским центром «Матрикс» излучающих головках ЛО7 импортных лазерных диодов расходимость излучения составляет всего 10 × 6 градусов (рис. 1.8).

Эти факторы учтены в новой разработке – комплект из лазерной головки ЛО7 и насадки П-1, позволяющей получить мощность на выходе насадки не

Рис. 1.8. Расходимость излучения импульсных ИК-лазерных диодов в перпендикулярных плоскостях, применяемых в излучающей головке

ЛО-904-100 (ЛО7) производства Научно-исследовательского центра «Матрикс»

39