Ім'я файлу: реферат лазерна літорипсія.docx
Розширення: docx
Розмір: 299кб.
Дата: 17.05.2021
скачати
Пов'язані файли:
план.docx

Міністерство освіти та науки України

Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра електронних приладів



Реферат

з дисципліни

«Лазери в медицині та біології»

на тему:

« Лазерна для видалення тату»


Виконав:

студент групи ЕЛЕП-11

Хамурда Б.А.

Перевірив:

Микитюк З.М.

Львів 2021

ВСТУП

Дослідження щодо взаємодії лазерного випромінювання з біологічними тканинами вперше були проведені в СРСР і США в 1960 роках. За даними експериментів встановили, що лазерний промінь має високу щільністю потужності, так як випромінювання монохроматичне і когерентне. А це означає, що лазерним променем можна вибірково впливати на живі і пухлинні біологічні тканини, проникаючи досить глибоко, щоб мати якийсь вплив.

Вперше метод лазерного видалення татуювання був проведений на зорі розвитку лазерної техніки в 60-х роках, де в якості активного середовища використовували рубіновий кристал, який працював в режимі вільної генерації. Однак перші результати не увінчалися успіхом. Це пояснювалося відсутністю знань про процеси, що відбуваються в біологічних тканинах при впливі лазерним випромінюванням, а також невизначеністю оптимальних параметрів лазерного променя.

За цей час було проведено колосальна праця по отриманню клінічного матеріалу, а методи лазерної дії стали найбільш просунутими і найефективнішими з точки зору естетичної медицини.

Фізичний механізм впливу лазерного випромінювання на біологічну тканину тягне за собою деякі процеси: дія температурного чинника, зародження ударної хвилі в тканинах, які зазнали опромінення, трансформація електричного поля в тканини, і.т.д. Відбувається перетворення світлової та теплової енергії лазерного випромінювання в електричну, хімічну та інші її види.

Розглянемо оптичні і термічні властивості біологічної шкіри докладніше.

У момент впливу на шкіру лазерним випромінюванням відбувається три процесу: відображення, поглинання і (або) пропускання [1].



Рис.1. Оптичні властивості лазерного випромінювання на шкірному покриві [1].

Залежно від довжини хвилі випромінювання, яке падає на шкірний покрив, відбивається до 60% лазерного випромінювання [1]. Не гомогенні структури шкірного покриву і різні показники заломлення пористої структури визначають ступінь розсіювання. Якщо довжина хвилі випромінювання багато більше, ніж діаметр комірки (≥ 10 мкм), то розсіювання відбувається в не суттєвою ступеня. Однак завдяки тому, що електромагнітний спектр використовуваних лазерів охоплює діапазон довжин хвиль від ІК до УФ, майже у всіх випадках ми маємо справу з розсіюванням. На основі закону Бугера - Ламберта - Бера для довжини хвилі більше 1 мкм розраховується глибина проникнення випромінювання [δ]. Інтенсивність випромінювання I можна визначити співвідношенням:

I = Ioe-αd                                                         (1),

де I0 - початкова інтенсивність, α - коефіцієнт поглинання, d - товщина шару [2].

При монохроматичному випромінюванні якоїсь довжини хвилі λ значення коефіцієнта поглинання α набуде вигляду:

α = 4πnk / λ (2),

Варто зазначити, що показники заломлення (n) і поглинання (k) в даному середовищі є постійними. Закон Бугеpа - Ламбеpта - Беpа застосуємо тоді, коли поглинання значно перевищує значення розсіювання. Глибина проникнення випромінювання [δ] визначає таку глибину, де випромінювання, проникаючи в речовину, зменшиться в ті (= 2,71) разів. Формула для обчислення δ:

δ = 1 / α                                                       (3). [2].

 

Таблиця 1 - Взаємодія лазерів з біологічними тканинами [2].

λ, мкм

Тип лазера

α,

Середнє проникнення, см

Вода

Кров

Вода

Кров

10,6



1000

1000

0,001

0,001

1,064

YAG:Nd

0,1

4

10

<2

0,488/0,524

Ar

0,001

330

1000

0,003



Рис.2. Спектри поглинання хромофорів біологічної тканини [2].

Ступінь розсіювання на живу тканину безпосередньо залежить від довжини хвилі випромінювання лазера. Глибина проникнення випромінювання ексимерного лазера з УФ діапазоном і YAG: Er лазера з ІК діапазоном, а також CO2 лазера з λ = 10,6 мкм складе 1 - 20 мкм. В даному випадку розсіювання грає підлеглу роль. Для випромінювання з довжиною хвилі λ = 0,45 - 0,59 мкм глибина проникнення варіюється від 0,5 до 2,5 мм. І поглинання, і розсіяння в даному випадку відіграє величезну роль. Незважаючи на те, що лазерне випромінювання в центрі тканини колімірованно, воно оточене областю з високим розсіюванням. З усього падаючого пучка 15 - 40% розсіюється. Домінування розсіювання відбувається в області спектра від 590 до 1500 нм. При цьому глибина проникнення випромінювання досягає 2 - 8 мм. В цьому випадку відбувається формування конуса дифузного розсіяння.

Поглинання лазерного випромінювання в УФ діапазоні залежить від вмісту білка, в ІК діапазоні величезну роль грає вміст води. Варто зазначити, що поглинання лазерного випромінювання різними пігментами і макромолекулами відбувається з різною інтенсивністю і залежить від довжини хвилі випромінювання.

Поглинання повністю залежить від взаємодії лазерного випромінювання з хромофорами шкіри, якими є оксигемоглобін і меланін [2].

Меланін є найважливішим епідермальним хромофором, яких поглинає від видимої до УФ області спектра.

 В оптичних властивостях важливу роль відіграють кількісні характеристики процесу ослаблення лазерного випромінювання. Це поглинання (А) і пропускання (Т), які визначаються наступними формулами:

Т = Ф / Фо (4),

А = lg (Ф / Фо) = lg (1 / Т) (5). [1].

Енергія світла, яка перетворилася в тепло, викликає локальне підвищення температури в опроміненому місці. Температура збільшується пропорційно щільності енергії в разі, коли не відбуваються фазові переходи, тобто перетворення твердих речовин в газоподібний або рідкий стан, випаровування рідини. Частина тепла відводять в більш холодну область шляхом теплопровідності. Це призводить до обмеження максимальної досяжною температурі облученной області при даній інтенсивності випромінювання. Іншими словами певна максимальна температура пов'язана з певною інтенсивністю випромінювання.

Для будь-якої біологічної тканини існує такий поріг інтенсивності, подолавши який відбувається досягнення необхідної локальної температури. У зв'язку з тим, що частина енергії поширюється 17 на сусідні області через теплопровідності, то разом з опроміненням об'ємом відбувається нагрів оточуючих його ділянок.

Для подробиці розглянемо процеси, що розподіляють енергію.

А) Теплоємність.

Загальновідомо, що тепло переходить від більш теплих ділянок до холодних.
6)
Відповідно до формули потік тепла прямо пропорційний градієнту температур, тобто теплова енергія dQ в ідеальному однорідному зразку біологічної тканини довжиною L і з поперечним перерізом S переходить з ділянки з високою температурою Т1 до ділянки з низькою температурою Т2 за час dt. Коефіцієнт пропорційності [c] - теплопровідність, одиниця виміру якого [1].

Таблиця 2 – Теплопровідність дуяких матеріалів в нормальних умовах.

Матеріал

Теплопровідність (Вт/м*К)

Вода

0,58

Повітря

0,02

Жирова тканина

0,3

Кров

0,62

Водомісна тканина

0,5

Мідь

418


Значення теплопровідності біологічної тканини визначаються вмістом води в ній:

(7),

Де w – вміст води в біологічній тканині , p – плотність біологічної тканини [2].

Б) Накопичення тепла.
Питома теплоємність μ описує здатність біологічної тканини приймати і накопичувати тепло. Дана величина чисельно відповідає кількості тепла Q, яке підвищує температуру одиниці маси тіла на 1 K. Формула питомої теплоємності:

(8)[2].

Таблиця 3 – Питома теплоємність різних матеріалів:


Матеріалів

Питома теплоємність (кДж/кг*К)

Вода

4,183

Повітря

1,005

Кров

3,22

Жирова тканина

1,93

Мідь

0,385

Етанол

2,43


В якості міри кількість тепла, попавшого в об’єм біологічної тканини за час після підвищення температури тіла, виступає коефіцієнт проникнення тепла b, одиниця вимірювання якого :

(9)[2].
На практиці розрахунок часової характеристики поширення локального нагріву відбувається через час термічної релаксації τ:

(10),[2]
Де χ - динамічна характеристика зразка біологічної тканини, яка описується формулою:

(11) [2].

Значення часу термічної релаксації можна трактувати таким чином: частина біологічної тканини у вигляді квадрата з довжиною сторони d, який тепліше навколишнього ділянки на dT через деякий час t охолоне до температури навколишніх ділянок, перепад температур вирівнюється. При попаданні короткого імпульсу тепла на тканину пройде час поки не настане помітне нагрівання на глибині h: 

(12)[2].

За принципом термічної релаксації визначають час, необхідний для руйнування тканини мішені, таке, щоб не пошкодити навколишні тканини. У такому випадку час термічної релаксації визначається часом, який необхідний для відводу опроміненої тканини 50% пікового кількості тепла. Кожен хромофор і різні судини мають своє певний час релаксації, яке необхідно враховувати, інакше навколишні тканини будуть схильні до пошкодження.

В) Відведення тепла кровотоком. Інші механізми.

Теплова енергія облученной області біологічної тканини відводиться не тільки теплопровідністю, але і за допомогою судинної системи. Кров надходить в об'єм опроміненого ділянки і миттєво нагрівається до локальної температури в області капілярів, а венозна кров транспортує теплову енергію по всьому організму.

Таблиця 4 - Інтенсивність кровотоку в різних областях людського організму:

Тканини і органи людини

Інтенсивність кровотоку [мл/мин*г]

Жмрова тканина

0,012-0,015

Шкіра

0,15-0,5

Мозок

0,46-1

М’язи рук

0,02-0,07

Почки

3,4


Поряд з цим тепло в опромінюється обсязі може бути відведено метаболічними процесами, випаровуванням води з поверхні тканини і конвекцією. Всі ці процеси відіграють величезну роль при безперервному лазерному опроміненні.

Розглянемо особливості татуйованої біологічної тканини: шкіра складається з епідермісу, дерми і підшкірної жирової клітковини.

Епідерміс - зовнішній ороговілий шар шкіри, який складається з кератиноцитів. Далі розташовується дерма, що складається з колагену і придатків шкіри (сальні залози, волосяні фолікули апокринні і еккрінние залози). На відміну від епідермісу, в дермі розташована велика кількість лімфатичних і кровоносних судин, а также нервових закінчень. Під дермою знаходиться гиподерма, до складу якої входить жирова тканина, великі кровоносні судини, нерви, потові залози і цибулини волосяних фолікулів.



Рис.3. Структура біологічної тканини [3].

При вивченні татуйованої шкіри людини було встановлено, що фарбувальний пігмент виглядає як інкапсульовані включення величиною від 10 до 20 мкм. Розташовується пігмент в дермі і лімфатичних вузлах, як правило, в сітчастому і сосочковому шарах між колагеновими і еластичними волокнами як всередині макрофагів, так і внеклеточно. Спостерігаються випадки, коли фарбувальний пігмент знаходиться підшкірно - жирової клітковини, а також в придатках шкіри. Колагенові волокна, охоплені барвником пігментом помітно ущільнюються і грубіють, еластичні волокна стоншуються, а придатки шкіри атрофуються.

Скупчення фарбувального пігменту в тату досить невеликі: в професійних татуюваннях вони складають приблизно 145 мкм, а в аматорських 180 мкм. Варто відзначити, що татуювання, зроблені професіоналами, розташовуються ближче до поверхневого шару шкіри, найчастіше в епідермісі, чого не можна сказати про аматорських.

Особливу увагу при видаленні татуювання варто приділяти складу фарбувального пігменту, оскільки малюнки темно - оранжевого кольору від впливу QSwitched лазерів змінюють свій колір на чорний. Це пов'язано з переходом Fe2O3 → FeO.

При використанні рубінового лазера з густиною потужності від 2 до 4 Дж / см 2 татуювання, нанесення професіоналами, червоного, жовтого і 22 зеленого кольору втрачають колір, але вимагають неодноразового проходження курсу виведення. При використанні александритового лазера татуювання зникає на 20 хвилин, а потім знову з'являється. Потрібно 4 - 6 тижнів для повного її зникнення.

У разі «подвійний» татуювання виникає складність відомості, так як велика щільність фарбувального пігменту інтенсивно поглинає лазерне випромінювання, залишаючи на шкірі пацієнта рубці і опіки.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас