Физические особенности применения лазерного излучения в хирургии и терапии челюстно-лицевой области тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ЦЕНТРАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО УНИКАЛЬНОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК 621.378.325.61

ЦУРЦУМИЯ Варадебули Леванович

Физические особенности применения лазорного излучения о хирургии и терапии челюстно-лицевой области

Специальность 01.04.01 — техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 1992 г.

Работа выполнена о Сухумском филиале Тбилисского госуниверситета

Официальные оппононты:

доктор технических наук, профессор Г. А. Черенков кандидат физико-математических наук М. А. Блох

Ведущая организация: ОКБ «РУБИН»

Научные руководители:

доктор физико-математических наук В. В. Черный кандидат медицинских наук М. Т. Александров

Защита диссертации состоится « » ^Р 1992 г.

I _часов на заседании специализированного совета

СОЗ. 77. 01 при Центральном конструкторском бюро уникального риборостровния АН СССР по адресу: 117342, г. Москва, ул. Бутла-г>ва, 15.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Централь-эго конструкторского бюро уникального приборостроения АН СССР. Автореферат разослан « О-^?^!-^ 1992 г.

Ученый секретарь /р _ Е. А. Отливанчик

специализированного совета

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время широким фронтом ведутся исследования в пасти взаимодействия лазерного излучения с медико-злогическими объектами. Применение, лазеров в медицине ггигло такого уровни, когда можно говорить о создании крупного иного медико-технического.направления — лазерной медицины.

Лазерные установки, о состав которых входят различные типы ювых, твердотельных, полупроводниковых лазеров, лазеры на деятелях и ларах металлов успешно применяются во многих обла-!х медицины и сносят большой вклад в медицинскую практику при неннп и диагностике сложных заболеваний.

Успешное внедрение лазерной техники в медицину объясняется о>кдз везго тем, что впервые за всю историю развития медицины дики получили в свои руки инструмент -- лазерный пучок, обладаний уникальными возможностями воздействия на биологические стемы. Лазерное излучение, применяемое в качества скальпеля ¡я хирургических вмешательств, обладает значительно более •¡рошм диапазоном медико-хирургических свойств, чем все другие ¡струменты, выполняющие зту роль, например, бескоктактность, ;аптичнссть и бескровность рассечения жир,ой ткани. Используется ¡зерное излучение таюхо для диагностики и стимулирования всс-ановительных процессов в организме в терапии, хирургии, стома-»логии, дерматологии и других клинических дисциплинах.

Возможности, которые предоставляет квантовая электроника щ медицины, определяются, главным образом, биологическими |5фектами, инициируемыми лазерным излучением в тканях эганизма. 8 конкретных условиях реализации таких биологических £фекгов всегда необходимо учитывать характерные параметры ззерного излучения: длину волны, мощность, пространственную и ззменную когерентность, а также режим работы лазера — импуль-кый (модуляция добротности или свободная генерация) или непре-ывный и свойства самого биологического объекта.

Преимущества лазерной хирургии очевидны: бесконтактность ирургичаского воздействия и его точная локализация, возможность елективного воздействия за счет подбора эффективно действующей шины волны, изменение характера воздействия путем варьирования ¡нтенсивностью лазерного излучения в широких пределах.

В настоящей работе в качестве объектоз хирургического и

терапевтического воздействия лазерного излучения выступа, биокомпозиционные твердые ткани зубов и кости, а мсследозанк подвергнуты процессы взаимодействия лазерного излучения с эти! тканями. Предпринята также попытка создания двух типов эк перимантально-стендовых установок, на которых можно изучать 7 рапеатичоскоо и хирургическое воздействие лазерного излучен различной мощности и длины волны на биологические объек челюстно-лицавой области.

Кариес зубов и его осложнения — повсеместно распростране ный патологический процесс, проявляющийся поражением тверд тканей зуба, актуальность лечения которого в настоящее время вызывает сомнений.

Лечением кариеса и его осложнений занимается стоматологии екая наука. Важной проблемой стоматологии является разработ методов и аппаратуры для эффективной обработки твердых ткан зуба и кости.

В решении этой проблемы необходимо выделить ряд основн! этапов:

— исследование взаимодействия различных физических фг торов с твердыми тканями зуба и кости;

— выявление оптимальных научно-обоснованных режим воздействия;

— разработка соответствующей механической аппаратуры инструментария, их клиническая апробация и внедрение стоматологическую практику.

Однако на пути решения всего комплекса проблем возника! существенные трудности. Все традиционные виды обработки тво дых тканей зуба и кости являются контактными, а, следователь* вызывают значительные болевые ощущения. Это усугубляет вибрацией, возникновением различного рода осложнений, а так: возможностью инфицирования посредством недостаточ стерилизуемого инструмента. Все эти вопросы остаются актуаг ными вплоть до настоящего времени.

В связи с развитием лазерной техники появилась реальн возможность проведения исследований и разработки новых обре цов стоматологической медицинской техники для обработки тверд тканей зуба и кости. Связано это в первую очередь с бесконтактн стью лазерной обработки и тем обстоятельством, что длительное

горного импульса может оказаться короче на несколько порядков, .'м временной порог восприятия боли.

За рубежом имеются отдельные модельные технические образ:,> стоматологической лазерной техники для обработки твердых пней зуба. Однако их реализация в клиническую практику должна жовываться на объективных исследованиях допустимости и воз-эжности применения лазерного излучения для указанных выше злой. Важным вопросом является разработка критериев Зъективизации по неразрушагощему контролю физических ¡едствий воздействия лазерного излучения на такие биологические 5ъокты как зуб и кость.

Вышеуказанное свидетельствует об актуальности проблемы :слодрвания взаимодействия лазерного излучения с такими ком-ззициоиными материалами как зуб и кость и отработке соответст-гощих эффективных методов их нвразр/шаюшего контроле, а также 13работ<се перспективной медицинской, лазерной и оптической ;помогательной аппаратуры, служащей этим целям.

Таким образом основной цолыо настоящей работы является зоведсние экспериментально- теоретического исследования провесов, характера взаимодействия лазерного излучения, в оснозном длиной волны Я =1,06 мкм, с композитными материалами (зуб, ють), отработка и обоснование методоз нсразрушающего контроля удобных биологических объектов и аппаратуры для их бескоитает-зй лазерной обработки.

Для практического достижения поставленных целей необходимо ?шить следующие задачи:

1. На основании модельных и экспериментальных исследований эовести сравнительный и качественный анализ возможностей ;именения лазерного излучения с длинами волн А = 1,06 и 10,6 мкм 1я обработки твердых тканей ауба и кости.

2. Изучить процесс лазерного разрушения зуба.

3. Объективизировать основные параметры воздействия лазер-эго излучения для эффективной обработки материала зуба.

4. Отработать топографические методы нерззрушающего конт- ■ зля медико-биологических объектов подвергнутых воздействию -¡тенсивного лазерного излучения.

5. Разработать экспериментальную-стендовую лазерную стома->логическую установку на базе АИГ- М-лазера с длиной волны

I =1,06 мкм.

Основные положения, выносимыо на аодиту и структура диссертации.

1. На основании модельных представлений и экспериментам пых исследований процессов взаимодействия лазерного излучеии на длине волны'Л = 1,06 мш с твердыми тканями зуба на экс периментально-стендовой стоматологической установке выявлены обоснованы эффективные параметры и режимы их неразрушающа обработки для стоматологической практики.

2. Разработана действующая стоматологическая комплексно лазерная установка для проведения лечебно-окспериментальпь исследований в широком диапазоне интонсивностей и длин волн г воздействию лазерного излучения на объекты чслюсгно-лицева области, состоящая из хирургического и физиотерапевтическог модулей, снабженных волоконной оптикой.

3. Отработаны методики радужной голографии и двухэк» позиционной голографической интерферометрии применительно проблеме создания трехмерных дисплэев медико-биологичеш объектов и определения локальных деформаций и напряжений объектах челюстно-лицевой области, подвергнутых воздействи интенсивного лазерного излучения. •

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Содержит 164 стр., 32 рис., 7 таблиц,и список литературы га 67 наименований.

¡практическая значимость работы заключается в следующе В результате проведения комплекса экспериментальн! теоретических исследований найдены научно-обоснованные пар метры лазерного излучения и режимы обработки композиционш материалов (зуб, кость), разработан стендовый образец лазера стоматологической установки и показана возможность его прим мания в практической стоматологии.

Научная новизна работы определяется впервые проведениь комплексным исследованием твердых тканей челюстно-лицев области, подвергнутых воздействию мощного лазерного иэлучот В том числе: модельное и экспериментальное изучение процесс взаимодействия импульсного лазерного излучения с композитны! материалами (зуб, кость), изучение процесса разрушения зуба г зерным излучением, нералрушающий контроль твердых тканей, пс вергнутых лазерному воздействию.

6

Разработаны основные принципы создания специапизирован->й лазерной стоматологической техники и волоконно-оптического едицинского сопутствующего инструментария.

Выязлены перспективные научные подходы к проблеме соз-знкя лазерной медицинской техники.

Основные результаты диссертационной работы опубликовав ч осы^и работах я догадывались на республиканской конференции Применение лазеров и магнитов о медицине и биологии» в ? остове-на-Дону в 1983 г., на международном совещании по авти-'.атизации биофизических и химико-биологических исследований й . Сухуми (1984 г.), на 5-ой, 8-ой, 9-ой научных сессиях профессор-:хо-преподавательского состава Сухумского госуниверситета (1984, 1987, 1988 гг.), а также на научных семинарах в ИРЭ АН СССР, 1-ом Московском мединституте. Разработанная автором в соавторстве тазерная стоматологическая установка демонстрирозалась.на ВДНХ "ССР на экспозиции «Применение лазеров в народном хозяйстве», эктябрь 1983 — февраль 1984 гг. диплом N2 4584. В работах, эпуоликованных с соавторстве, вклад азтора бал решающим.

Веедйниэ- Во зведении очерчивается круг рассматриваемых 1рсбло.\?, связанных с вопросами лазерной медицины и особенностями взаимодействия лазерного излучения на модико-Зиологическиэ объекты, а также обосновывается актуальность писсертациомной работы.

Подчеркивается перспективность создания экспериментально-стендовых лазерных стоматологических установок, изучение процессов взаимодействия импульсного лазерного излучения с композитными материалами (зуб, кость) и развития перспективных оптических методов исследования медико-биологических объектов. Формулируется цель исследований и кратко излагается содержание диссертации по главам. В первой глава проводится анализ современных возможностей использования лазерного излучения * биологии и медицине с применением уже существующей коммерчп-ской лазерной аппаратуры.

7

Воздействие сфокусированного лазерного излучения больш мощности на живу:о ткань приводит к быстрой коагуляции кров1 месте разреза и позволяет создать бесконтактный лазерный ска) пель, обеспечивающий проведение бескровных хирургических ог раций. Проблемы использования интенсивного лазерного излучен в медицинской практике рассматриваются в §1. Приведены парам< ры и медицинское назначение широкого класса зарубежных и от чественных коммерческих установок комплектуемых различного ти лазерами. Подробно анализируются параметры, технические дани и особенности работы отечественных коммерческих установок базе непрерывного СОз-лазера. Описаны вспомогательн функциональные узлы установок и специфика воздействия биологические объекты лазерного излучения с длиной волны 1( мкм.

Отдельно анализируются проблемы применения в лазерн медицине установок на базе АИГ- N<3- и других типов лазер! работающих в ближней ИК и видимой области спектра. Подчерки! ются преимущества использования непрерывного излучения длиной волны Я = 1,06 мкм в лазерной хирургии: возможное коагуляции массивных участков биоткани, гемостатическое дейстЕ излучения и т.д. .

Проблеме использования низкоинтенсивного лазерного из; чения в терапии посвящен § 2. Здесь наиболее распространзнныл эффективно действующим типом лазера.являются гелий-неоновь красный свет которого (А = 0,6328 мкм) характеризуется наибольш биологической активностью из всего спектра видимого излучен! Рассматриваются вопросы конструктивного исполнения целого ря установок на базе гелий-неонового лазера, использование волок< но-оптических элементов и представлены результаты применен терапевтических лазеров в стоматологической практт Анализируются проблемы использования в лазерной терапии ус: новок и аппаратуры на базе ИК полупроводниковых лазеров, рабе ющих в диапазоне длин волн 0,82—0,84 мкм и их преимущества.

В §3 рассматривается практика применения лазерной и го/ графической аппаратуры в области исследования медик биологических объектов оптическими методами.

Специфика медико-биологических объектов накладывает оп£ деленные ограничения на возможности использования стандартн коммерческой лазерной и топографической аппаратуры. Указывает

на перспективность создания двух- и трехмерных дисплеев структур эрганов и тканей, а также голографической интерферометрии рассеивающих поверхностей. Анализируются возможности использо-зания голографических установок, лазероз и фотоматериалов, зыпускаемых отечественной промышленностью в голографическом эксперименте.

Во второй главе рассматриваются теоретические модельные чодходы к характеру взаимодействия лазерного излучения с твердыми тканями зуба. Представлены современные попытки математического моделирования термических процессов ззаимодействия лазерного излучения различной длины волны с Зиотканью.

Анализ простейшей тепловой задачи моделирующей взаимодействие лазерного излучения с твердыми тканями зуба, в условиях, <огда поглощение лазерного излучения приводит к нагреву ма-гериала без разрушения проводится в § 1. Характер и скорость iporpe-ва твердой ткани зуба определяется глубиной проникновения пазерного излучения данной длины волны и теплофизическими параметрами биоткани. Отмечается линейная и в степени 1/2 зависимость температуры на поверхности зуба от времени для объемного и поверхностного соответственно характера поглощения.

Начало процесса испарения соответствует достижению на поверхности эмали температуры испарения. Увеличение плотности мощности сначала приводит к тому, что тепло не успевает отводиться за счет теплопроводности, а в дальнейшем — к газодинамическому эежиму испарения вещества зуба. Определена граница наступления такого режима, а основные параметры задачи в широком диапазоне чнтенсивностей лазерного излучения сведены в таблицу. Эти и другие вопросы, связанные с плоской задачей газодинамического юпарения вещества рассмотрены в § 2.

8 §3 теоретически рассмотрена проблема количественного сы-юса вещества зуба лазерным импульсом. Анализируются простые юдходы к геометрии образования цилиндрических и конических •унок в процессе обработки материала зуба лазерным излучением t представлены соответствующие формулы, учитывающие гс-о-лотрию фокусировки лазерного излучения и параметры материала ¡уба

§4 посвящен теоретическому рассмотрению проблемы юзникновения напряжений в процессе лазерного сверления за счет

чагрева материала зуба. Проседей компьютерный расчет напрг .»кепий в цилиндричоском тело ткани с коаксиальным отверстием условиях различной геометрии фокусировки лазерного излучзния.

В третьей главе рассмотрены проблемы создания экспериме! гально-стендозой лазерной стоматологической установки на баз АИГ- Мс1-лазера и исследования процессов воздействия лазерног ■излучения с длиной солны Я - 1,03 мкм на твердую ткань зуба и косп

§1 посвящен ангглизу литературных данных, связанных с обр.' боткой твердых тканей зуба излучением твердотельных ЛИГ- N<3-рубинового лазеров, работающих как правило в режиме саободнс генерации. Рассматриваемый материал касается в оеновно различных режимов восдейстзиа на ауб лазерного излучения длиной волны Я = 0,6943 мкм. Что касается излучения НАГ- Мй-л. зера, то имеется лишь несколько робот по применению излучения Я - 1,06 мкм в стоматологии, и, нзодотра на отдельные успех проблемы применения излучения А ИГ* ЬМ-лазероь для воздейств) на твердые ткани зуба находятся а начальной стадии ж разращен* и необходимы дальнейшие исспедооания а это» области,

В §2 описывается элементная база лазерной установки д обработки твердых тканей зуба на длине волны Я = 1,05 ык включающая в себя лазер на АМГ- На а оптической ьакачкой работающий в режиме свободной гекэрацни. О5сужда:отся вопрс) контроля мощности и энергии импульса лазерного излучет юстировки лазера и точности фокусировки лазерного пучха на обьу те.

Проблеме определения пороговой плотности малости яаэе него излучения, вызывающей повреждение обдуваемое! поверхнас! посвящен § 3. Исследовалось воздействие лазерного кг&зупьса эмаль и дентин при различных длительностях кмпульса и уеловь фокусировки лазерного излучения на поверхность твердых ткан зуба. Проведены оценки порогозых значений интенсивности лаз? ного излучения для объемной и поверхностных моделей поглощен в зависимости от длительности импульсов для различных радиус фокусировки лазерного излучения и показано! что поврежден "юверхности в соответствии с экспериментальными данкы происходит согласно объемному механизму поглощения лазерж излучения, причем более высокие пороговые значен интенсивности отвечают, "ри прочих равных условиях, меньш радиусам фокусировки. Последнее обстоятельство объясняется I

ушанисм одномерности тепловой задачи поглощения лазерного злучения вблизи поверхности твердой ткани: Го »

В §4 рассматриваются проблемы изучения кинетики разру-юнин твердых тканой зуба при повышенных интеисймюстпх лазор-ого излучения, что может привести к чрезмерным энергетическим з гратам, ведет к плазмообразованию в парах материала зуба м его азрушению. Эксперименты проводились с использованием АИГ-с!-лазерной установки с повышением энергетики до нескольких коулзй. Процессы лазерного разрушения твердых тканей зуба зучопись при помощи скоростной фоторегистрации (СФР-15). Позвано, что основной вынос материала с поверхности шлифа роисходит в виде ионизованного пара и частиц ткани зуба, а оодайстеиа приводит к растрескиванию твердых тканой зуба и буглиеанию дентина. Анализ экспериментальных данных указывает а необходимость обработки твердых тканей-зуба при интенсивно-тяхлазерного излучения ниже 4 -7 МВт/смй.

Вопросы определения эффективности лазерного сверления ма-ориала зуба в широком диапазоне лазерных интенсивностей .,5 - 5,0 МВт/см , длительностей импульсов и радиусов юкусирозки изложены о §5. В зависимости от вышеперечисленных арамотров взаимодействия исследовался вынос массы твердых каней зуба Замер диаметров лунок и их глубины производился с омощыо микроскопа МБС-1. В результате обработки эксперимеи-альных данных построены зависимости выноса массы вещества уба от суммарной энергии лазерных импульсов и удельной массы мкг/Дж). Проведено сравнение теоретических и экспериментальных данных о юн (йтике роста лунки как конической, так и цилиндрической Ьорм. Заметно более низкие значения экспериментальных величин ¡созывают на неучет в расчетных соотношениях лазерной энергии, •дущей на кинетическую и внутреннюю энергии горячего пара ма-ериала зуба и работу сил давления. Экспериментально найденные -дельные массы вынесенного вещества колеблются в пределах 30 -¡0 мкг/Дж,

В §6 представлены основные результаты определения импульса >тдачи, возникающего за счет выноса твердых тоней зуба из зоны юздействия лазерного излучения. Получена зависимость величины л дачи от плотности энергии излучения при различных размерах фокальных пятен и длительностей лазерных импульсов. Подчеркивался, что при одной плотности энергии импульс отдачи выше для

11

фокальных пятен больших размеров за счет лучшего приближэнда картины взаимодействия к плоской одномерной геометрии.

В §7 обсуждается важная проблема выбора оптимальных параметров лазерных импульсов и режима обработки твердых тканей зуб« имеющих большое практическое значение. В качестве осноаны; параметров лазерных импульсов выбраны: энергия, длительность плотность мощности, а также частот их следования, Данные пс микротвердости указывают на верхнюю границу энергий лазерны: импульсов, а повышенные длительности импульсов вызываю-термические напряжения, приводящие к растрескиванию тканей Умеренные тепловые режимы определяют границу частот следования импульсов. Выбор оптимальных параметров лазерного излу чения определяющим образом влияет'на процесс лазерной сверления и вскрытие пульпитной камеры.

В §8 обсуждаются потенциальные возможности применен«: излучения импульсного СОр-яазера в стоматологической практике Отмечается, что использование излучения твердотельных лазере за счет реализации объемного характера поглощения лазерног излучения аедет к необходимо высоким значениям энергии лазерио го импульса. В тоже время использование излучения непрэрмвног С02-лазера приводит к большим зонам некроза. Предварительны исследования показывают высокую эффективность сверления твар дых тканей зуба излучением импульсных TEA CG2-лазеров. Пог черкивается возможность эффективного применения излучен« импульсных COp-лазеров для удаления зубного камня и очаге начального кариеса, а также необходимость разработки поре пективмой волоконно-оптической техники для импульсного излучон^ с доимой волны Я = 10,6 мкм.

В чотвертой главе рассматриваются актуальные проблем исследования топографическими методами модико-биологичеш объектов. Широкое распространение получили когерентиь оптические методы изучения биологических объектов, постолы обладают рядом достоинств в сравнении с традиционными: беско» тактностыо, безвредностью, информативностью и т.д.

Среди этих методов, исследования важное место занимак когерентные методы голографии и голографической интерфер* метрии. Рассмотрению преимуществ голографического метода и ©i практическому обоснованию посвящен §1.

Перспективные проблемы создания голотеки мадию

Зиологичесшх объектоз и обоснованно выбора для этой цели методики получения радужных голограмм, рассматриваются в §2, где отмечаются такие достоинства радужных голограмм, как высокая фкссть и низкие требования к когерентности восстанавливающего юточника света, о качестве которого можат выступать обыкновенная пампа накаливания.

В §3 подробно обсуждается двухступенчатый процесс получения эадужных голограмм (схема Бентона) на топографическом столе с ^пользованием низкомощного излучения гелий-неонового лазера. Анализируется проблема получения «мастер»-голограммы и сравниваются методики получения радужных голограмм в один и два шга с точки зрения преимуществ и недостатков. Предлагается эригинальнап «горизонтальная» схема записи радужной голограммы 1 рассматриваются ее преимущества по сравнению со стандартными ;хемами записи. Разработанные и опробованные схему записи позволили создать небольшую голотеку стоматологического инструментария, состоящую из фазовых голограмм, работающих на прос-зет.

В §4 анализируется использование методов топографической лнтерферомотрии в медицине и биологии. Подчеркивается, что эассматриваемую методику можно успешно применять для бесконтактных измерений деформации по всей поверхности объекта сложной формы и предлагается использовать ее для оценки допустимых деформаций в зубах и костных тканях челюстно-лицевой области, зозннкаюших при их обработке бормашиной или лазерным излучением.

§5 посвящен специальному рассмотрению методики двухэкс-юзициоиной топографической интерферометрии рассеивающих поверхностей, а также методам ее практической реализации.

В §6 обсуждаются основные результаты использования методов двухэкспозициснпой топографической интерферометрии в оценке напряженно-деформированного состояния зубов и тканей сухой нижней челюсти. Подробно анализируются схемы записи и реконст-эукции голограмм, а также пересъемки. на фотопленку мнимого изображения объекта.

В результате проведенных экспериментов получены две основные серии интерферограмм. Первая серия получена в результата нагружения объекта а горизонтальной плоскости. Рассматриваются зопросы локализации интерференционных полос и определяются

амплитуды нормальных перемещений по всей поверхности объекта Нагружение объекта в вертикальной плоскости предваряете) механической (бормашина) и лазерной (АИГ- Мс1-лазер) обработке! зубов нижней челюсти. Проведены многочисленные сравнена интерференционных картин с целью обнаружения деформаций, вь; званных локальными напряжениями в зубе, возникшими в результат обработки. Определены деформации по всей поверхности, р.ызвш; ные вертикальным нагружением объекта.

В пятой главе рассмотрены основные результаты работы п созданию комплексной хирурго-терапевтической лазерной установи с использованием волоконно-оптической техники.

Комплексная лазерная медицинская установка состоит из дау модулей: хирургического и терапевтического, кроме того оба модул укомплектована оригинальными волоконно-оптическими элемон там и.

Проблемы, связанные с разработкой волоконно-оптических ус тройств, обсуждаются в §1. Для подведения лазерного излучения биологическому объекгу до последнего времени применяются систе мы линз, призм и зеркал. Создание альтернативной, обладающе большими перспективами волоконной техники, сопровождал ос решением вопросов защиты торцов волоконных световодов, оптиче ского сопряжения с лазерными пучками, обеспечение контроля точного измерения плотности мощности, падающей и биологический объект. •

В §2 анализируются проблемы, которые необходимо был решить при создании лазерного терапевтического модуля на баз гелий-неонового и -гелий-кадмиевого лазеров, работающих в красно и синей областях спектра. Волоконная оптика позволяет не тольк подводить к облучаемому участку красный (А = 0,63 мкм) и сини (Я = 0,44 мкм) свет, но осуществлять сканирование посредство! специально разработанного сканатора и производить контроль экс позиции света на биообъекте при помощи фотометрическо приставки. Волоконные световоды комплектуются четырьмя типам специализированных насадок индивидуального пользования.

В §3 представлены результаты разработки лазерного хирургичс ского модуля на базе АИГ- Ыс1-лазера ЛТИ-502. Рассечение тверды и мягких тканей осуществляется на основной Я-) = 1.06 мкм частот и ее гармониках X? - 0,53 и Яд = 0,27 мш.

Применение режима модулированной добротности за счет акустического модулятора позволяет повысить не только пиковую, но и среднюю мощность И К, зеленого и УФ излучения. Для защиты выходного — дистального конца волоконного световода разработана специальная насэдка. Лазерный хирургический модуль обеспечивает подведение к обрабатываемой поверхности до 35 Вт И К, до 3 Вт зеленого и 0,3 Вт УФ излучения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем:

1. Разработана эксперимевтальнс-степдозая лазерной стоматологическая установка на базе ЛИГ- N а-лазера, работающего в режиме свободной генерации, с параметрами: длительность импульсов т^ ^ 0,4*4 мс, энергия до 2 Дж. Установка в своем составе содержит: блока измерения длительности и энергетики лазерных импульсов, блок визирования области лазерного воздействия, систему юстнрсчкн и фокусировки лазерного излучения.

2. Определены пороговые значения плотности мощности излучения АИГ- Мс'-назера на длине волны X = 1,00 мкм, вызывающие поверхностное разрушение эмали и дентина. Для радиуса пятна фокусировки ~ 100 мкм и длительности импульса ^ 0,5 мс они составляют ~ 0,4 и ~ 0,3 МВт/см2 соответственно.

3. Максимальное значение удельной массы вещества зуба, вынесенной импульсом лазерного излучения, в широком диапазоне длительностей и радиусов фокусировки составляет величину ^ 30*40 мкг/Дзк.

4. Экспериментально определены оптимальные параметры вскрытия полости зуба излучением ЛИГ-МсЗ-лазера: гп - 0,4* >0,55 мс; £ п 1 Дж, 1 4 1 Гц, ч = 1*5 МВт/см2.

5. Предложена и практически опробована "горизонтальная" схема записи радужных голограмм, обладающая более высокой стабильностью по отношению к внешним акустическим возмущениям, чем стандартная схема записи радужных голограмм.

15

6. Экспериментально показано, что интерференционно-гс графическая методика может использоваться для неразруш щего контропя биологических объектов (зуб, кость), подве нутых воздействию интенсивного лазерного излучения, а так с целью определения деформаций за счет механических снлои воздействий.

7. Разработан и испытан лазерный терапевтический модул дискретно изменяемой длиной волны и специализированы] инструментарием индивидуального пользования, обладающий вышенной эффективностью клинического применения лазернс излучения и исключающий передачу инфекции.

8. Разработан специализированный стоматологический лаз ный хирургический модуль с моноволоконным ннструментари для лечения кариеса и его осложнений. Волоконная оптика сн жена насадками с градиентным волокном и иммерсионной Ж! костью, исключающими загрязнение и повреждение торца све вода при сохранении ее функционального предназначения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Александров М. Т., Иванов С. В., Черный В.В., Цурцуг В.Л. Лазерная установка для обработки твердых тканей зуб; коагуляции. Тез. докл. Республ. конф. «Применение лазеров магнитов в медицине и биологии.» РГУ. Ростов-Дон. 1983, с. !3|

2. Александров М. Т., Иванов С. В., Черный В. В., Цурцу* В. Л. Защитная насадка для волоконного световода. Там же, с. 1

3. Александров М. Т., Иванов С. В., Черный В. В., Цурцуг В. Л. Электромеханическая система автоматического сканирова] лазерного излучения; Там же, с. 138.

4. Александров М. Т., Иванов С. В., Черный В. В., Цурцуь В. Л. Разработка волоконно-оптических устройств для лазер» медицинсхой техники. Техника средств связи. Серия общетохнич кая. ЦООНТИ ЭКОС. М., 1984, вып. 3, с. 110-113.

5. Цурцумия В. Л., Гицба А. Ш., Табагуа М. И. Взаимодействие газерного излучения с .твердыми тканями. Тез. докл. 5-ой научн. сессии проф. преп. сост. Сухумского госуниверситета. А ГУ, Сухуми, 1934, с. 50.

6. Цурцумия В. Л. Измерение импульса отдачи тканей зуба при базарном облучении. Сообщения АН ГССР. 1987, т. 128, № 2, с. 305—307.

7. Цурцумия 8. Л., Табагуа М. И. О напряжениях в твердой ткани при воздействии лазерного излучения. Сообщения АН ГССР. Гбилиси. 1989. Т. 135, № 1, с. 101-103.

8. Цурцумия В. Л., Табагуа М. И. Методологические аспекты изучения биологического воздействия лазерного излучения. Труды Сухумского госуниверситета. 1988, т. 1, с. 19—23.

17