Тепловізійного ТЕХНІКА І ПЕРСПЕКТИВИ ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ 14
Лазерні методи діагностики
ОПТИЧНІ КВАНТОВІ ГЕНЕРАТОРИ
Лазери являють собою джерела світла, що працюють на базі процесу вимушеного (стимульованого, індукованого) випускання фотонів збудженими атомами або молекулами під впливом фотонів випромінювання, що мають ту ж частоту. Відмінною рисою цього процесу є те, що фотон, що виникає при вимушеному випущенні, ідентичний який викликав його поява зовнішньому фотону по частоті, фазі, напрямку і поляризації. Це визначає унікальні властивості квантових генераторів: висока когерентність випромінювання в просторі і в часі, висока монохроматичность, вузька спрямованість пучка випромінювання, величезна концентрація потоку потужності і здатність фокусуватися в дуже малі обсяги. Лазери створюються на базі різних активних середовищ: газоподібному, рідкому або твердої. Вони можуть давати випромінювання в дуже широкому діапазоні довжин хвиль - від 100 нм (ультрафіолетове світло) до 1.2 мкм (інфрачервоне випромінювання) - і можуть працювати як в безперервному, так і в імпульсному режимах.
Лазер складається з трьох принципово важливих вузлів: випромінювача, системи накачування і джерела живлення, робота яких забезпечується за допомогою спеціальних допоміжних пристроїв. Спрощена конструктивна схема гелій-неонового лазера показана на малюнку нижче.
Випромінювач призначений для перетворення енергії накачування (перекладу гелій-неонової суміші 3 в активний стан) в лазерне випромінювання і містить оптичний резонатор, що представляє собою в загальному випадку систему ретельно виготовлених відображають, заломлюючих і фокусуючих елементів, у внутрішньому просторі якої порушується і підтримується певний тип електромагнітних коливань оптичного діапазону. Оптичний резонатор повинен мати мінімальні втрати в робочій частині спектра, високу точність виготовлення вузлів і їх взаємної установки. У лазері, показаному на малюнку, оптичний резонатор виконаний у вигляді двох паралельних дзеркал 1 і 5, розташованих поза активною частиною середовища 3, яка відокремлена від навколишнього середовища колбою 6 розрядної трубки і двома вікнами 2,4 з плоскопараллельнимі кордонами, що утворюють з віссю випромінювання кут Брюстера. Зовнішні дзеркала 1 і 5 забезпечують багаторазове проходження випромінювання через активне середовище з наростанням потужності потоку лазерного випромінювання. Для виходу випромінювання одне з дзеркал (5) робиться з отвором або напівпрозорим.
Система накачування призначена для перетворення енергії джерела електричного живлення 8 в енергію іонізованої активної середовища 3 лазера. Накачування здійснюється електричним розрядом, для чого в ньому встановлюються два електроди - катод 7 і анод 9, між якими подається напруга від джерела живлення. Атоми гелію збуджуються при зіткненні з швидкими електронами і, стикаючись з атомами неону, передають їм свою енергію. У деяких типах лазерів застосовують фокусують магніти або обмотки і спеціальні відвідні трубки для циркуляції активного середовища.
ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ТА ЦІЛІ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРОВ.
Сучасні напрямки медико-біологічного застосування лазерів можуть бути розділені на дві основні групи:
У нижній половині схеми згруповані напрямки використання лазерного випромінювання в якості інструменту дослідження. Лазер тут грає роль унікального світлового джерела при спектральних дослідженнях, в лазерної мікроскопії, голографії та ін. У верхній половині схеми показано основні шляхи використання лазерів в якості інструменту впливу на біологічні об'єкти. можна виділити три типи такого впливу.
До першого типу віднесено вплив на тканини патологічного вогнища імпульсним або безперервним лазерним випромінюванням при щільності потужності, недостатньою для глибокого зневоднення, випаровування тканин і виникнення в них дефекту. Цьому типу впливу відповідає застосування лазерів в дерматології і онкології для опромінення патологічних тканинних утворень, що призводить до їх коагуляції. Другий тип - розсічення тканин, коли під впливом випромінювання лазера безперервного або частотно-періодичної дії частина тканини випаровується і в ній виникає дефект. У цьому випадку щільність потужності випромінювання може перевершувати використовувану при коагуляції на два порядки і більше. Цьому типу впливу відповідає хірургічне застосування лазерів. До третього типу можна віднести вплив на тканини і органи низькоенергетичного випромінювання, зазвичай не викликає явних морфологічних змін, але приводить до певних біохімічним і фізіологічним зрушень в організмі, тобто вплив типу фізіотерапевтичного. Сюди ж слід включити застосування гелій-неонового лазера в цілях біостимуляції при мляво поточних ранових процесах, трофічних виразок та ін.
Незважаючи на всю умовність схеми (неважко бачити, наприклад, що при розтині тканин спостерігається одночасно загибель частини клітин, тобто реалізується і вплив по першому типу, розсічення і коагуляція тканин супроводжується певними фізіолого-біохімічними змінами та ін.), Вона дає уявлення про тих основних ефектах, які досягаються за допомогою лазерного опромінення і практично використовуються фахівцями медико-біологічного профілю. Завдання досліджень за механізмом біологічної дії лазерного радіації зводиться до вивчення тих процесів, які лежать в основі інтегральних ефектів, викликаних опроміненням - коагуляції тканин, їх випаровування, біостімуляціонних зрушень в організмі.
Лазерна діагностика в офтальмології
ангіографії
Дослідження судинної системи та гемодинаміки очного дна є одним з найважливіших засобів ранньої діагностики важких патологічних змін органа зору і, в кінцевому рахунку, профілактики передчасної сліпоти.
Найбільшого поширення для дослідження гемодинаміки в даний час отримали флюоресцентна ангіографія та ангіоскопія очного дна. Ці методи мають великої інформаційної ємністю.
Флюоресцентная ангіографія (ФАГ) з фотореєстрації дозволяє зафіксувати результати дослідження, але порушує цілісність динамічної картини кровообігу.
Перед дослідником, який працює над удосконаленням і розробкою апаратури для дослідження гемодинаміки очного дна, постають такі завдання:
1) вибір фотоприймача, що має досить високу чутливість як у видимому, так і в ближньому інфрачервоному діапазоні і дає можливість оперативно реєструвати і відтворювати в реальному часі динамічну картину кровообігу очного дна
2) вибір відповідного джерела освітлення очного дна, який випромінює в діапазоні порушення застосовуваних контрастують барвників і дозволяє досить простим способом змінювати довжину хвилі випромінювання.
Бажано, щоб джерело освітлення в потрібному діапазоні випромінювання мав можливо більш вузьку ширину спектра, найкраще випромінювання на одній лінії максимального поглинання відповідного барвника. Застосування джерела освітлення з такою характеристикою виключає високу загальну засвічення очі.
Обраний фотоприймач повинен мати якомога більшу чутливість у робочому діапазоні, що дасть можливість знизити рівень освітленості очного дна.
Фотоприймач повинен мати роздільну здатність, достатню для передачі дрібних деталей очного дна, і високе відношення сигнал-шум для відтворення зображення очного дна з необхідним контрастом.
Необхідна роздільна здатність телевізійної трубки визначається величиною найдрібніших деталей очного дна, які необхідно передати, і збільшенням оптичного каналу, що формує зображення. Якщо прийняти розмір найдрібніших деталей в 50 мкм, то для фундус-камери "Opton" зі збільшенням фотоканала 2.5 отримаємо необхідну роздільну здатність телевізійного фотоприймача 8 мм. Зображення ділянки очного дна, створюване фундус-камерою, являє собою коло діаметром 20 мм. Отже, якщо зображення займає всю поверхню мішені, то потрібно не більше 200 рядків розкладання, щоб забезпечити необхідний дозвіл. Таким чином, стандартна телевізійна розгортка дозволить передавати деталі дрібніше 50 мкм.