Некоторые подходы к оптимизации выбора параметров лазеротерапии

Некоторые подходы к оптимизации выбора параметров лазеротерапии

УДК 615.849.19.03:616.1

Г.Г. Устинов, Е.Г. Прохорова, Я.В. Павлова, С.И. Сакович

Некоторые подходы к оптимизации выбора параметров лазеротерапии

Низкоэнергетическое лазерное излучение как вид физиотерапии в клинической практике нашел самое широкое применение при различных заболеваниях [1-6]. В лазеротерапии, на наш взгляд, имеются две не решенных до конца проблемы. Первая - нет четкого представления о механизме лечебного действия при каждом конкретном заболевании. Второе - не определен диапазон параметров лазеротерапии. Сегодня врач, занимающийся применением низкоэнергетического лазерного излучения с лечебной целью, интуитивно подбирает плотность мощности лазерного излучения, экспозицию, число сеансов и даже вид лазера по длине волны. Кроме того, у врача нет достаточно объективного, четкого критерия, на который он мог бы ориентироваться, оценивая эффективность лазеротерапии. Решить эти вопросы или даже подойти к их решению не под силу только врачу или только физику. И даже при тесном сотрудничестве врача и физика черезвычайно трудно найти методологический подход к решению этих вопросов.

С этой целью в 1998 г. была создана программа и организована межвузовская лаборатория лазерной медицины, исполнителями которой стали Алтайский государственный медицинский и Алтайский государственный университеты. Для начала решения проблемы выбора параметров лазеротерапии мы попытались ответить на следующие вопросы: что происходит с лазерным излучением при прохождении через различные биологические ткани!? теряет ли лазерное излучение свои основные свойства: монохроматичность, поляризацию и когерентность? как разные ткани организма поглощают, рассеивают лазерное излучение?

Известно, что спектр поглощения биообъектов определяется типом доминирующих поглощающих центров, так называемых хромофоров, и содержащейся в них водой. Рассеяние света биообъектами связано со структурой биологических тканей, которые, как правило, состоят из большого числа случайно распределенных в объеме рассеивающих центров. Важной оптической характеристикой биотканей является также коэффициент отражения. Таким образом, проникающее в ткань лазерное излучение подвергается многократному рассеянию и поглощению различными структура-

ми ткани, что приводит к ослаблению лазерного излучения. Зная величину ослабления, можно определить глубину проникновения лазерного излучения, которая равна обратному значению коэффициента ослабления ткани на длине волны проходящего излучения [7-8].

Нами проведены опыты на биологических объектах (коже, подкожно-жировой клетчатке, серозной и слизистой оболочках желчного пузыря, толщина срезов которых была от 1 до 4 мм), изучались изменения степени когерентности, поляризации и ослабления при прохождении через биологические ткани низкоэнергетического лазерного излучения. Источником лазерного излучения служили гелий-неоновый квантовый генератор «ЛГ-75» (длина волны излучения - 0,632 мкм, мощность излучения на выходе - 20 мВт) и импульсный (длительность импульса 0,3 мкс, частота импульсов - 120 Гц) с длиной волны 0,89 мкм.

Эксперименты по определению степени пространственной когерентности и поляризации проводились на сконструированных нами установках. Измерения степени пространственной когерентности производили следующим образом. Излучение расширяется и коллимируется посредством зрительной трубки, после чего направляется на экран. Отверстия Р1 и Р2 в экране становятся источниками вторичных волн, которые создают интерференционную картину в плоскости диафрагмы. Интенсивность света в плоскости диафрагмы определяется по показаниям микровольтамперметра, подключенного к нагрузке фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) . Для измерения степени пространственной когерентности первоначально добивались одинаковой интенсивности света от каждого из отверстий Р1, Р2. С этой целью перекрывали поочередно отверстия в экране, перемещая его и контролируя интенсивность света в плоскости диафрагмы по величине тока ФЭУ. Затем устанавливали ширину щели диафрагмы, много меньшую размера интерференционной полосы, но достаточную для регистрации интенсивности света с помощью ФЭУ. По измеренным величинам интенсивности в максимуме и минимуме интерференционной картины рассчитывали степень пространственной когерентности как видимость интерференционной картины по Майкель-сону.

1 19

ФИЗИКА

С целью измерения степени поляризации излучение коллимируется при помощи зрительной трубки и попадает на диафрагму, которая создает узкий световой пучок, падающий на поляризатор, не пропускающий волны с перпендикулярной поляризацией. Этот пучок затем попадает в фотодиод, напряжение которого измеряется милливольтметром. Вращая поляризатор, замечали максимальное и минимальное значения интенсивности, регистрируемые фотодиодом. Затем по формуле вычисляли степень поляризации светового пучка.

Анализ полученных результатов показал, что при прохождении лазерного излучения через биологические объекты происходит потеря когерентности и поляризации. Так, при толщине биоткани 0,12 мм степень когерентности составляла 0,82, при 0,3 мм - 0,58, непропорционально уменьшаясь с ростом толщины ткани. Степень поляризации при толшине объекта 0,12 мм была равна 68%. Так как биологическая ткань по своей морфологической структуре представляет набор временных переизлучателей и переизлучающих волны случайной поляризации, можно предполагать, что потери когерентности и поляризации непосредственно связаны между собой.

Изучаемые биологические ткани в большинстве своем являлись интенсивно рассеивающими средами, толщина и структура их сильно влияла на поглощение лазерного излучения. Максимум пропускания тканями излучения приходился на длину волны 1,1 мкм (кожа человека на длине волны 1,06 мкм лазерного излучения отражает 36%). Низкие уровни плотности энергии (0,01 до 1,0 Дж/смр не влияли на оптические свойства ткани, увеличение интенсивности лазерного излучения сопровождалось ростом отражения. При использовании длины волны 0, 63 мкм было установле-

но, что величина поглощенной участком ткани энергии лазерного излучения (’МгП0Г) с учетом его оптических свойств определяется выражением

Wпnг = — 1 - (к + к )]

ПОГ § 0Т^ п^

где Р - мощность лазерного излучения (Вт); Б -площадь воздействия (см2); к01р - коэффициент отражения; кпР - коэффициент пропускания; Т-время воздействия (с) .

При этом среднее значение на длине волны 0, 63 мкм превышало соответствующую величину на длине волны 0,89 мкм. Разброс значений коэффициента ослабления в опытах с гелий-неоновым лазером составлял 1,42-2,07 мм-1, на длине волны 0,8 9 мкм в импульсном режиме эти колебания находились в пределах 1,29-1,72 мм-1.

Известно, что для кожи в диапазоне длин волн 0, 659-1,200 мкм наблюдается так называемая биологическая прозрачность оптических тканей. При этом большей проникающей способностью обладают волны ближнего инфракрасного диапазона (порядка 0, 950 мкм), глубина проникновения лазерного луча может достигать 40-70 мм, в то время как для длин волны от 450 до 590 нм глубина проникновения составляет 0,5-2,5 мм.

Итак, в результате экспериментального исследования прохождения лазерного излучения через биологические ткани изучена зависимость потери когерентности и поляризации как от природы биоткани!, так и от ее толщины. Выявлено, что использование гелий-неонового лазера с длиной волны 0, 63 мкм для чрескожного облучения крови малоэффективно вследствие высокого коэффициента ослабления излучения.

Литература

1. Ананченко В.Г., Стрижова Н.В., Шепелева А.Л. и др. Эффективность лазерной терапии при лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки //Лазерная медицина. 1999. Т. 3 №3-4.

2. Иванов А.В. Фотодинамическая терапия опухолей: пути повышения эффективности //Медицинская физика. 1966. №3.

3. Купеев В.Г., Киркина Н.Ю., Хадарцев А.А. Возможности лазерофореза с экстрактами лекарственных растений при лечении больных с хроническими неспецифическими заболеваниями легких // Вестник новых медицинских технологий. 2000. Т. VII. №2

4 . Ларюшин А. И., Илларионов В. Е. Низкоинтенсивные лазеры в медико-биологической практике. Казань, 1997.

5. Странадко Е. Ф., Корабоев У.М., Толстых М.П. Фотодинамическая терапия при гнойных заболеваниях

мягких тканей //Хирургия. 2000. №1.

6. Устинов Г.Г., БукатыйВ.И., ШаракА.В., Прохорова Е.Г. Применение низкоэнергетического лазерного излучения при заболеваниях гепатобилиарной системы //Известия АГУ. 1999. №1.

7. Букатый В.И., Устинов Г.Г. Ослабление лазерного излучения мягкими тканями // Лазеры в медицине: диагностика, лечение, реабилитация. Материалы всероссийской научно-конференции 13-14 апреля 2000 г. Казань, 2000.

8. Букатый В.И., Устинов Г.Г., ШЪракА.В., Прохорова Е.Г. Изменение свойств лазерного излучения при его прохождении через биоткани //Лазеры в медицине: диагностика, лечение, реабилитация. Материалывсерос-сийской научно-конференции 13-14 апреля 2000 г. Казань, 2000.