В дальнейшем к перечисленным лазерам были добавлены также эксимерные лазеры (таблица 2), работающие в УФ диапазоне длин волн, а также импульсные твердотельные лазеры (таблица 3), работающие в среднем ИК диапазоне. В последние годы в лазерной медицине широко применяются полупроводниковые лазеры, технологически целесообразным оказалось применение волноводных лазеров.


Таблица 2. Эксимерные лазеры.

Газовая смесь	Длина волны , нм	Типичная энергия в импульсе, мДж
	157	5
ArF	193	200
KrCl	223	35
KrF	248	250
XeCl	308	180
XeF	351	80

Таблица 3. Импульсные твердотельные лазеры в среднем ИК диапазоне с добавками туллия, гольмия, эрбия.

Ион
, мкм	2,01	2,12	2,78; 2,94
Глубина проникновения в воде, мкм	200	4	5

2. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ


Действие лазерного излучения на биологический материал обусловлено взаимодействием фотонов с молекулами и соединениями молекул ткани, последующими молекулярными процессами и биологическими реакциями.

Характер и интенсивность воздействия излучения на биоткань зависят:

– от свойств лазерного излучения (длина волны λ, плотность мощности излучения q, длительность облучения τ, частота повторения воздействия f),

– от свойств биологической ткани. При этом принципиально важными являются два комплекса свойств ткани: оптические свойства и теплофизические свойства.


2.1. Оптические свойства ткани


При падении пучка лазерного излучения на поверхность биологической ткани могут наблюдаться отражение, поглощение, рассеяние и пропускание.

Рассмотрим, как это происходит, на примере падения излучения на поверхность кожи. Кожа состоит из рогового слоя (толщиной 10 – 200 мкм), эпидермиса (40 – 150 мкм) и дермы (1000 – 4000 мкм). Непосредственно от поверхности обычно отражается небольшая доля излучения.

Излучение проникает в роговой слой, в нем частично поглощается, частично рассеивается, частично проходит в эпидермис (если глубина проникновения излучения достаточна). В эпидермисе излучение также частично поглощается, частично рассеивается, частично проходит в дерму. В дерме излучение также частично поглощается, частично рассеивается. Часть рассеянного излучения выходит над поверхностью кожи, образуя диффузное отраженное излучение. В зависимости от длины волны падающего излучения отражается до 60% излучения.

Таким образом, существенной особенностью распространения излучения в биологической ткани является рассеяние излучения, которое может быть значительным. Рассеяние излучения в биоткани происходит вследствие того, что структура биологической ткани имеет негомогенный характер, ячеистую структуру и определяется разными показателями преломления у разных ячеек и у ячеек и окружающей их средой. Рассеяние в биологической ткани зависит от длины волны лазерного излучения.

Поглощение излучения также зависит от длины волны излучения (см. рисунок 5). В УФ диапазоне поглощение определяется содержанием белка, в ИК диапазоне поглощение – содержанием воды. Кроме того, поглощение излучения гемопротеинами, пигментами, нуклеиновыми кислотами и другими макромолекулами сильно зависит от длины волны излучения. Большинство органических молекул, также как и протеины, интенсивно поглощают излучение УФ диапазона. Оксигенированный гемоглобин интенсивно поглощает излучение, начиная с УФ области, включая зеленую и желтую область видимой части спектра до длины волны 600 нм. Меланин, важнейший эпидермальный хромофор, поглощает во всей видимой части спектра.

Таблица 4. Качественные характеристики рассеяния излучения в биоткани.

Тип лазера	Область спектра, мкм	Глубина проникновения излучения	Рассеяние
Эксимерные лазеры УФ диапазона	УФ 0,193, 0,248, 0,308, 0,351	1-20 мкм	не велико
Ar	0,450 - 0,590	0,5-2,5 мм	значительно (15-40%)
Nd:YAG	0,590 - 1,5	2-8 мм	доминирует
Er:YAG, CO2	ИК 2,9, 10,6	1-20 мкм	не велико