1. Что обозначает термин "лазер"?
Термин "лазер" — аббревиатура от английского "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" — усиление света с помощью индуцированного излучения.

2. Что означает индуцированное излучение?
Чтобы понять физический принцип действия лазера, нужно рассмотреть некоторые основные положения квантовой механики. Ядра всех атомов окружены электронами, вращающимися по определенным орбитам. Орбиты эти достаточно постоянны, и электроны редко перескакивают на другой уровень. Исключение составляют наиболее удаленные от ядра электроны, которые могут перемещаться между орбитами при передаче или при испускании определенного количества энергии. Эта энергия обычно представлена фотоном.
Индуцированное поглощение происходит, когда отдельный фотон достигает атома и сообщает отдельному электрону энергию для перехода на более высокую орбиту. Новое состояние электрона на новой орбите нестабильно, он стремится вернуться на более низкий, устойчивый энергетический уровень. Спонтанное излучение возникает при переходе электрона без всякого внешнего воздействия из возбужденного состояния в основное с испусканием фотона. Энергия фотона равна разнице энергий электронных орбит.
Хотя обе эти идеи выглядят простыми, базовая концепция лазерного излучения может быть сложна для восприятия. При переходе электронов из метастабильного состояния в основное под воздействием электромагнитного излучения соответствующей частоты возникает вынужденное излучение. Это состояние характеризуется тем, что количество атомов с возбужденными электронами преобладает над количеством атомов с электронами, находящимися в спокойном состоянии. Сложность разработки лазерной системы заключается в создании среды, в которой многие электроны находятся в состоянии возбуждения, но в целом еще сохраняют устойчивость. При вынужденном излучении фотон света достигает атома с возбужденным электроном, и этот электрон переходит на более низкую орбиту, а два одинаковых фотона покидают систему. Эти два фотона в последующем способны достигать двух других атомов с возбужденными электронами, приводя к быстрому умножению числа фотонов по типу цепной реакции. Все генерируемые фотоны идентичны. При достаточно интенсивном возбуждении можно одновременно перевести в такое состояние большую часть атомов. Так происходит накопление энергии. На этом основан принцип процесса, который известен под акронимом ЛАЗЕР.

3. Как происходит усиление света в лазерной системе?
В лазерной системе используется оптический резонатор для усиления и направления света. Это цилиндрическая камера, включающая лазерный проводник с параллельными зеркалами на каждом конце и поглощающим покрытием. Фотоны отражаются между зеркалами, и все лучи, не являющиеся строго параллельными, поглощаются покрытием. Параллельные пучки излучения продолжают участвовать в процессе вынужденной эмиссии, отражаются зеркалами, образуя стоячие волны. При образовании стоячей волны происходит усиление света. Один из концов оптического резонатора снабжен механизмом периодического высвобождения света из камеры.

4. Какие типы проводников используются в Лазерных системах?
Способность атома быть использованным в лазерной системе является сложной функцией квантовой механики и физических характеристик пространственной решетки, используемой в ней.
Основное свойство любой среды — поддержание инверсии для обеспечения вынужденной эмиссии. Твердые вещества
Рубиновые кристаллы, состоящие из окиси алюминия [А1₃О₂] с вкраплениями атомов хрома [Сг] в кристаллической решетке.
Неодимовый; ИАГ лазер (Nd:YAG) неодим:иттрий-алюминий-гранатовый кристалл Газы
Углекислый газ (СО₂)
Аргон (Аг)
Пары меди (Си) Краски
Флюоресцирующая жидкая среда (часто родамин)

5. В чем состоят особенности лазерного излучения?
Лазерное излучение уникально благодаря трем только ему присущим свойствам:
1. Когерентность. В физике существует 2 типа когерентности — пространственная и временная. Пространственная когерентность выражается в однотипности волнового фронта, т. е. пики и спады волн располагаются параллельно, когда свет выходит из лазера. Это обеспечивает синхронизацию фаз и фокусировку на очень маленькие участки.
2. Монохромность (временная когерентность). Это означает, что световые волны имеют одинаковую длину. Некоторые лазеры испускают лучи разной длины волны. Но явление это предсказуемо, и лазеры излучают свет только той длины, которая предусмотрена используемой в лазере средой.
3. Коллимация. Это означает, что все лучи, испускаемые лазером, параллельны и не рассеиваются с расстоянием.

6. Чем важна для нас монохромность лазерного излучения?
Действие многих лазеров нацелено на специфические хромофоры, которые являются биологическими структурами, обладающими строго определенным спектром поглощения. Это может быть относительно большая структура, такая, например, как кровеносный сосуд, или гемоглобин внутри эритроцита, или специфическая органелла клетки, такая как меланосома. Спектр поглощения определяется количеством света, способного поглощаться при разных длинах волн. Важно, чтобы длина волны лазерного излучения совпала с длиной волны в пике поглотительной способности. Хорошим примером является нацеливание лазера на гемоглобин как на основную поглощающую структуру в крови при воздействии на телеангиэктазии или капиллярные гемангиомы. Оксигемоглобин характеризуется большими пиками поглощения, приходящимися на волну в 488 и 517 нм и высокими пиками поглощения, приходящимися на волны в 550 и 585 нм.
Логично было бы предположить, что воздействие должно проводиться с помощью более коротких волн в 488 и 517 нм, но повышенной способностью к поглощению этих волн обладает и меланин. Поэтому при воздействии на кровь и сосудистые образования более эффективны волны длиной 585 нм, не создающие "конкуренции" в поглощении.

7. Что означает тип волны у лазера?
Имеются лазеры импульсного и непрерывного генерирования излучения. Импульсный свет генерируется в виде пучков волн, прерываемых на определенный период времени. Этот период длится от 1 не до 300 икс. Другие лазеры генерируют непрерывный свет, и специальное устройство разделяет этот свет на короткие сегменты. Как правило, лазеры непрерывного генерированного излучения имеют свойство нежелательного выделения тепла в месте воздействия, которое может привести к рубцовым изменениям и повреждению тканей, окружающих место воздействия.

8. Что такое модуляция добротности?
Модуляция добротности — способ получения коротких сильных импульсов лазерного излучения. Она характеризуется коэффициентом качества оптического резонатора. Резонатор, имеющий высокий коэффициент качества, характеризуется меньшей потерей энергии, в то время как резонатор с низким коэффициентом качества приводит к значительной потере энергии. Использование модулятора добротности связано с энергией резонатора. Чтобы представить, к каким изменениям в лазерных системах это может привести, подумайте о больших потерях энергии при накачке ее в лазерную среду. Включение лазера запрещается даже при наличии мощного источника энергии, поскольку энергия "пропадает". Если при наличии мощного источника уменьшается потеря энергии, внутри резонатора быстро увеличивается напряженность. Генерируется короткий мощный импульс. Он может длиться 10~⁷-10~⁸ с. Гораздо быстрее произвести изменение "потери" в системе, чем изменение в подводимой энергии. Существует достаточное число методов модуляции добротности с использованием зеркал, электрооптических выключателей или поглощающих устройств.

9. Как классифицируются типы лазеров, используемых в дерматологии?
Классификация лазеров согласно их применению наиболее удобна и легка для запоминания. Многоцелевые
Лазеры на углекислом газе Для лечения сосудистых образований
Желтый криптоновый лазер
Желтый лазер на парах меди
Неодимовый:ИАГ-лазер
Аргоновый лазер
Импульсный с лампой-вспышкой лазер на красках Для лечения пигментных образований
Импульсный лазер с лампой-вспышкой на красках
Зеленый лазер на парах меди
Зеленый криптоновый лазер
Ш:ИАГ-лазер с удвоением частоты и модуляцией добротности Для выведения татуировок
Рубиновый лазер с модуляцией добротности
Лазер на александрите с модуляцией добротности
Ш:ИАГ-лазер с модуляцией добротности

10. Опишите основные свойства и работу лазера на углекислом газе.
Лазер на углекислом газе часто относят к специальным дерматологическим лазерам из-за его низкой стоимости, кабинетного размещения и широкого применения в дерматологии. Лазер на углекислом газе испускает излучение в далекой инфракрасной области длиной 10 600 нм. Вся жидкость, находящаяся в тканях, поглощает световые волны этой длины; причем поглощение не зависит от собственного поглощения какой-либо из биологических структур. По мере поглощения энергии водой температура быстро растет и происходит испарение ткани. Выраженность повреждения ткани зависит от энергии установки и времени воздействия лазера на выбранный участок. Стандартная система для использования лазера на углекислом газе представляет собой шарнирное плечо, смонтированное из твердых трубок с сочленениями, оборудованными зеркалами, и способное поворачиваться во все стороны. Излучение, испускаемое лазером, неразличимо глазом, поэтому применяется дополнительный гелиево-неоновый лазер, создающий луч для наведения. Лазер на углекислом газе работает при мощности в пределах от 1 до 30 Ватт. Длительность импульсов — от 0,01 до 0,1 с, однако он может работать и в непрерывном режиме. Лазеры на углекислом газе используются как с фокусировкой, так и без нее. В первом случае они применяются в целях интенсивного воздействия (например, для иссечения), во втором — для деструкции тканей с помощью менее интенсивного воздействия.

11. Перечислите, при каких поражениях кожи используется лазер на углекислом газе.

В расфокусированном режиме лазером могут удаляться разнообразные доброкачественные образования кожи. Визитной карточкой использования лазера на углекислом газе стало лечение бородавок. Эффективно лечатся с помощью такого лазера большие подошвенные или околоноггевые бородавки, но показатель излеченности не превышает такового при более привычных агрессивных вмешательствах. Основное преимущество при лечении больших бородавок лазером —возможность уменьшить кровотечение при их устранении и незначительное снижение вероятности образования рубцов. Применение сфокусированного луча, обладающего высокой энергией, дает отличный эффект при хирургическом иссечении, особенно у пациентов, получающих антикоагулянты или страдающих заболеваниями, характеризующимися кровоточивостью. В быстром импульсном режиме лазер на углекислом газе в настоящее время используется для избавления кожи лица от морщин и рубцов.

12. Нужно ли чего-нибудь опасаться при использовании лазера на углекислом газе?
При использовании лазера на СО₂ необходимо обратить особое внимание на удаление дыма, образующегося в большом количестве во время процедуры, ибо он может содержать вирусы. Недавние исследования показали относительное увеличение частоты образования бородавок на слизистой носоглотки у хирургов, работающих с СО₂-лазе-ром, которые, по-видимому, заразились при вдыхании производимого лазером дыма. Обязательным условием работы с этим лазером является ношение маски и применение специальных вакуумных очистителей воздуха.
Кроме того, лазер на СО₂ сжигает любую одежду или бумагу, с которой вступает в контакт, поэтому следует предпринять меры противопожарной безопасности. Очки с линзами из стекла или прозрачного пластика надежно предохраняют глаза от действия световых лучей той длины волны, которая генерируется.

13. Каков главный недостаток аргонового лазера?
Аргоновый лазер — один из первых лазеров, опробованных на подбор длины волны в соответствии с тканью, на которую оказывается воздействие. Аргоновый лазер испускает свет 7-ми различных длин волн, однако более 80 % из них находятся в диапазонах 488 нм (голубой) и 514,5 нм (зеленый). Эти длины волн соответствуют высокому пику поглощения для оксигемоглобина, однако меланин также обладает высокой поглотительной способностью в этом диапазоне. При использовании аргонового лазера меланин в эпидермисе часто нагревается, что сопровождается повреждением эпидермиса при лечении дермального сосудистого образования. Использование энергии, необходимой для разрушения более глубокого объекта, может привести к образованию рубца в верхних слоях. Это значительно уменьшило возможность применения аргонового лазера, и он был заменен на более новые и более избирательно действующие лазеры.

14. Какие лазеры используются для лечения сосудистых образований?

15. Имеются ли какие-либо преимущества у аргонового лазера?
Одно время из-за более низкой стоимости аргоновый лазер был более привлекательным, но новые импульсные лазеры на красках сделали это преимущество незначительным. Аргоновые лазеры полезны при лечении сосудистых поражений с вовлечением сосудов большого диаметра, таких как сосудистые пятна на губах и гипертрофические сосудистые узлы при зрелых капиллярных гемангиомах.

16. Что такое импульсные лазеры на красках?
В различных импульсных лазерах применяются специальные методы генерации излучения. Наиболее распространены лазеры на красках с использованием лампы-вспышки для их инициации. Активной средой является краска, часто флюоресцирующая (обычно родамин). При этом генерируются волны длиной 200-700 нм. Для воздействия на сосудистые образования пульсирующими лазерами предпочитают длину волн 577 или 585 нм, соответствующих небольшим пикам поглощения для оксигемоглобина и не дающих сходного эффекта в отношении меланина. Лампа-вспышка генерирует импульсы длительностью 300-500 мкс.

17. Как используется лазер на красках при лечении кожных заболеваний?
Наиболее важен для понимания принцип селективного фототермолизиса. Он определяется специфической поглотительной способностью хромофора ткани-мишени и длительностью импульса лазерного излучения. Согласно теории селективного фототермолизиса, лазерное излучение беспрепятственно проходит сквозь ткань до того момента, пока не достигнет специфического хромофора, чей спектр поглощения соответствует длине волны, испускаемой лазером. При этом свет поглощается и в ткани-мишени генерируется тепло.
Определение количества времени, необходимого для разрушения ткани-мишени и сохранения окружающих тканей, производится исходя из принципа «термальной релаксации». Термальная релаксация определяется количеством времени, необходимого для отвода из облучаемой ткани 50 % "пикового" количества тепла. Каждый микроскопический хроматофор и каждый сосуд имеют свое специфическое время термальной релаксации. Необходимо учитывать это время, поскольку иначе тепло будет распространяться в окружающие ткани, приводя к их повреждению и, возможно, образованию рубца. У большинства пульсирующих лазеров на красках длительность импульса составляет около 350-450 мкс, т. е. достаточно короткий период, исключающий риск образования рубцов при воздействии на мелкие сосуды капиллярных гемангиом у детей.

18. Какие заболевания лучше лечатся импульсными лазерами на красках?
Импульсные лазеры на красках наиболее эффективны при лечении тонких, слегка окрашенных капиллярных гемангиом, особенно у детей. Образование рубцов не наблюдается даже у месячных младенцев. Лечение лазером эффективно при телеангиэктазиях в области лица и сенильных ангиомах. Реже эти лазеры применяются при гемангиомах у детей, пойкилодермии Сиватта (пятнистое сосудистое поражение на шее у взрослых людей) и бородавках.

19. Каковы недостатки импульсных лазеров на красках?
Они не очень подходят для лечения более объемных сосудистых образований, потому как небольшая длительность импульса обычно не позволяет полностью разрушить сосуд, на который направлено воздействие, если не увеличивать мощность, что, в свою очередь, ведет к увеличению площади повреждения и образованию рубца. Лазеры на красках неэффективны при венозных образованиях.
После лечения ими отмечается выраженная пурпура, которая проходит через 7-10 дней. Пурпура возникает под действием эксплозивного оптико-акустического импульса, создаваемого импульсным лазером на красках. Эта косметическая проблема ограничивает возможности применения лазера у некоторых пациентов. Как и все упомянутые лазеры, импульсные лазеры на красках дороги как при закупке, так и в эксплуатации и обслуживании.

20. Расскажите о криптоновом лазере.

21. Опишите лазер на парах меди.
Лазеры на парах меди являются лазерами постоянного действия, использующими электрическую энергию для нагревания металлической меди в неоне до точки, когда металл начнет испаряться. Лазер генерирует одновременно излучение двух длин волн: 511 нм (зеленый свет) и 578 нм (желтый свет). Для задержки одной из волн используется обычный фильтр. Зеленый свет применяется для воздействия на пигментированные образования, а желтый — на сосудистые образования. Эти лазеры характеризуются высокой мощностью и очень коротким импульсом — продолжительностью 20-30 не. Чтобы получить необходимое количество энергии для разрушения сосуда-мишени, импульсы собираются механически в "более длинный" импульс — от 10 мс до 1 с. Маленькая площадь (0,7 мм в диаметре) одновременного воздействия луча увеличивает продолжительность процедуры лечения, если при этом не используется сканер-компьютеризированное подающее устройство, позволяющее лазеру автоматически перемещаться над поверхностью и обрабатывать большие участки быстрее и аккуратнее, чем это делалось бы вручную.

22. Как лазер на парах меди используется для лечения сосудистых образований?
Хотя лазер на парах меди является термическим лазером постоянного действия, он работает по тому же принципу селективного фототермолизиса. Свет с длиной волны 578 нм избирательно поглощается оксигемоглобином внутри мелких сосудов. Хотя физика этого лазера отлична от таковой у импульсного лазера на красках, по эффективности он отнюдь не хуже последнего.
Преимущества лазера на парах меди: отсутствие пурпуры после лечения и возможность воздействия на глубже залегающие и большего диаметра сосуды. Поскольку у лазера на парах меди длительность действующего импульса составляет 10 мс и 1 с, повреждение окружающих тканей обычно более выражено, чем при использовании лазера на красках с более короткой длиной импульса, и ведет к незначительному рубцеванию и появлению вслед за воспалительной реакцией гиперпигментации.

23. Каковы основные свойства лазера на красках с аргоновой накачкой и подстройкой?

24. Какие лазеры используются для лечения пигментных образований?

25. Расскажите об основных характеристиках лазера с импульсной лампой на красках для лечения пигментных образований.

26. При каких заболеваниях лазер на красках с импульсной лампой наиболее эффективен?
Лазер на красках, генерирующий излучение в зеленой области видимого спектра, эффективен в лечении старческого лентиго, слабопигментированных пятен "кофе с молоком" и веснушек. Более объемные и глубокие пигментные образования и невусы плохо поддаются лечению данным лазером. Имеются сообщения о его эффективности при некоторых видах красных татуировок.

27. Какие другие лазеры используются при лечении пигментированных образований?
Лазер на парах меди, криптоновый лазер и неодимовый:ИАГ-лазер, т. е. те, которые работают по принципу, сходному с селективным фототермолизисом, воздействуя на меланин в меланосомах эпидермиса. Лазер на парах меди с длиной волны 511 нм эффективен в лечении поверхностных эпидермальных пигментных образований, но, по-видимому, не подходит для устранения более глубоких пигментных образований в дерме. Криптоновый лазер с длиной волны 520 нм испускает свет, проникающий на 4 мм, и, таким образом, более эффективен в лечении глубже расположенных дермаль-ных пигментных образований. Использование установок большей мощности ведет к увеличению риска гиперпигментации и образования рубца. Двухчастотный неодимо-вый:ИАГ-лазер с модуляцией добротности эффективен при воздействии на пигментные образования эпидермиса. Неодимовый: ИАГ-лазер испускает свет с длиной волны 1064 нм, однако при этом свет должен проходить через кристалл-удвоитель частоты, после чего длина волны становится равной 532 нм. Обычный для неодимового:ИАГ-лазера свет с длиной волны 1064 нм способен проникать на 7 мм и эффективен при лечении пигментных образований, расположенных глубоко в дерме.

28. Существуют ли какие-нибудь проблемы с лазерами, предназначенными для лечения пигментных образований?
Импульсные лазеры на красках досаждали механическими сложностями, однако недавно их удалось устранить. Криптоновый и неодимовый:ИАГ-лазеры, а также лазер на парах меди могут привести к гипо- или гиперпигментации и рубцеванию. Все указанные лазеры дороги, и вопрос обычно состоит в том, а не лучше ли, из соображений стоимости, лечить пигментные образования эпидермиса с помощью криотерапии жидким азотом.

29. Перечислите лазеры, которые применяются для выведения татуировок.

30. Как лазерами с модуляцией добротности выводятся татуировки?
Скопления пигмента в татуировках весьма невелики: при татуировках, сделанных профессионалами, они меньше (~ 145 мкм), чем при любительских (~ 180 мкм). Скопления пигмента поглощают короткие импульсы мощного излучения лазеров с модуляцией добротности, что ведет к взаимодействию эксплозивного характера. Скопление пигмента при этом рассыпается на мелкие частицы, которые в дальнейшем поглощаются окружающими макрофагами.

31. Влияет ли цвет татуировки на успех ее устранения?
Да. Рубиновый лазер с модуляцией добротности эффективен при выведении татуировок, выполненных сине-черными и зелеными чернилами. Неодимовый:ИАГ-лазер, испускающий свет с длиной волны 1064 нм, пригоден для удаления черного или красного пигмента татуировки, а после прохождения излучения через кристалл-удвоитель частоты (512 нм) — пурпурного и оранжевого пигмента

32. Возникают ли какие-либо осложнения при устранении татуировок с помощью лазеров с модуляцией добротности?
Иногда татуировки цвета ржавчины изменяют цвет на черный. Это, вероятно, связано с переходом Ре₂О₃ в FeO.

33. Охарактеризуйте рубиновый лазер.
Активную среду рубинового лазера составляет окись алюминия (А1₂О₃) с присадками хрома. Это означает, что некоторые атомы алюминия заменены атомами хрома. Лазер испускает красный свет с длиной волны 694 нм. Лазеры для выведения татуировок используют модуляцию добротности для генерации импульсов высокой энергии длительностью 25-70 не. Красный свет хорошо поглощается черным, синим и зеленым пигментным веществом татуировок. Рубиновые лазеры с модуляцией добротности также применялись при лечении отдельных дермальных пигментных нарушений. Основным недостатком рубинового лазера является то, что свет поглощается меланином эпидермиса, в результате чего возможно появление гипопигментации или рубцевание.

34. Расскажите о неодимовом:ИАГ-лазере.
В этом лазере используется иттрий-алюминий-гранатовый кристалл с рассеянным в нем неодимом. Длина волны испускаемого света составляет 1064 нм, что соответствует ближнему инфракрасному спектру. Стандартные неодимовые: ИАГ-лазеры испускают глубоко проникающее излучение, которое вызывает выраженное повреждение ткани. Неодимовые:ИАГ-лазеры с модуляцией добротности генерируют короткие импульсы длительностью 5-10 не. Удвоитель частоты делает длину волны равной 532 нм, что соответствует зеленой части спектра. Излучение с длиной волны 1064 нм применяется для выведения черных татуировок, а излучение с длиной волны 532 нм — красных.

35. Расскажите о лазере на александрите.
Александрит является хризоберилловым кристаллом, к которому присажен хром (заменивший некоторые атомы алюминия в кристалле ВеА^О^). Есть несколько лазеров на александрите. Все они имеют модуляцию волны 755 нм. Как и другие лазеры с модуляцией добротности, лазеры на александрите работают по принципу селективного фототермолизиса с использованием оптико-акустического импульса для фрагментации пигментных частиц татуировки. Лазер хорошо себя зарекомендовал при выведении синих, черных и зеленых татуировок. В некоторых случаях его используют для лечения пигментных поражений дермы и эпидермиса.

36. Почему мы должны использовать лазер вместо более традиционных методов лечения?
Главным соображением является стоимость. Лазеры не применяют, если такой же успех достигается менее дорогим методом лечения. В клинической практике, однако, врач может использовать лазер на углекислом газе для лечения, которое вполне осуществимо другими методами, если его кабинет оборудован лазерной установкой. В этом есть экономический смысл, поскольку пациенту не потребуется дополнительных расходов на оплату столь дорогостоящей процедуры. Подобные затруднения возникают и по поводу лечения лентиго жидким азотом или соответствующим лазером. Лазер позволяет достичь лучших результатов, однако за значительно большую плату. При многих показаниях, таких как врожденная сосудистая патология, татуировки и многочисленные пигментные образования, лазеры являются или единственным, или наиболее эффективным лечебным инструментом. В этом случае их применение несомненно оправдано.