Спросить
Войти
Сравнительная характеристика лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 нм в эксперименте (IN VITRO) и в клинике (IN VIVO)
Жулёв Евгений Николаевич
доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии и ортодонтии, ФГБОУ ВО "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, hrustalev54@mail.ru
Ростов Андрей Витальевич,
кандидат медицинских наук, главный врач, ООО «Центр медико-правового консультирования «Рубикон», @таН.ш
Ростов Артём Андреевич
генеральный директор, ООО «Центр медико-правового консультирования «Рубикон», ar-rostov@yandex.ru
В данной статье представлен математический расчёт коэффициента пропускания лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 Нм дистиллированной водой на 1 см длины, который проводился с использованием физического закона Буге-ра - Ламберта - Бера. На основе математических расчётов проведен сравнительный анализ. Получены измерения непоглощённой плотности энергии (дозы) лазерного излучения с длиной волны 810 Нм и 980 Нм, прошедшей через биологический материал человека в клинической практике и через биологический материал свиньи в лабораторных условиях. Проведён сравнительный анализ эффективности поглощения лазерного излучения в биоматериале как в клинике, так и в эксперименте.
Актуальность исследования
Применение лазеротерапии способствует ускорению окислительно-восстановительных процессов в тканях альвеолярного отростка и позволяет сократить сроки лечения в 2,5—3 раза [2, с. 15]. В последние годы большой интерес в научном и практическом плане вызывают полупроводниковые лазерные излучатели (лазерные диоды) [3, с. 4-13]. При разработке лазерных терапевтических аппаратов акцент делается на источниках, генерирующих излучение, соответствующее так называемому "окну прозрачности" биологических тканей: Y = 780—880 нм. При данных значениях длины волны обеспечивается наиболее глубокое проникновение излучения в ткань. Кроме того, одна из основных тенденций при создании современных излучателей сочетание оптического воздействия с другими физическими факторами (постоянным и переменным магнитным полем, ультразвуком, электромагнитными полями в диапазоне миллиметровых длин
волн и др.), а также обеспечение возможности работы в непрерывном, импульсном и модулированном режимах [4, с. 62-72].
В настоящее время в стоматологии наиболее распространены высокоинтенсивные диодные лазерные системы с длинами волн 810 и 980 Нм. Однако на сегодняшний день в стоматологии нет клинических исследований по сравнительному анализу эффективности проникновения лазерного излучения высокоинтенсивных диодных лазерных систем с длинами волн 810 и 980 Нм, прошедшего через ткани человека и биологический материал. Именно поэтому клинические и лабораторные исследования этого вопроса являются актуальными на сегодняшний день. Цель исследования
Изучить и сравнить эффективность лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 Нм при помощи математических расчётов на основе закона оптической физики. Определить и сравнить непоглощённую дозу (плотность энергии) лазерного излучения, прошедшей через биологический материал различной плотности в лабораторных и клинических условиях. Материалы и методы
В качестве биологического материала был взят альвеолярный отросток нижней челюсти свиньи толщиной 1,3 см, пациент с альвеолярным
отростком в области зуба 4.4 толщиной 1,3 см. Использовали итальянские диодные лазерные системы «Doctor Smile» с длинами волн 810 Нм и 980 Нм. Для измерения дозы лазерного излучения использовали аппарат израильского производства фирмы OPHIR (Laser Measurement Group) PULSAR 4 с круглым фотодиодным сенсором (PD300R-UV filter off.) и программным обеспечением - StarLab - (pulsar sensor 3 photodiode PD300R-UV (s/n 782471) FU 1.27 (s/n 746231).
Параметры лазерного излучения в лабораторных исследованиях всегда были одинаковыми: мощность 1Вт; постоянный режим (CW); неактивное волокно толщиной 320 микрон; малая зонная насадка с диаметром 1 см2; методика бесконтактная, стабильная; облучение лазером в течение 15 секунд.
Результаты
Математический расчёт коэффициента пропускания лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 Нм дистиллированной водой на 1 см длины проводился с использованием физического закона Бугера - Ламберта - Бера. [1, с.232-233].
Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны Л поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.
Коэффициент поглощения лазерного излучения для растворов может быть рассчитан как: *А = XX С
С — концентрация растворённого вещества,
kA — показатель поглощения (коэффициент поглощения). Коэффициент, не зависящий от С и характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом с длиной волны A.
Утверждение, что &■- не зависит от С, называется законом А. Бера, и его смысл состоит в том, что поглощающая способность молекулы не зависит от влияния окружающих молекул.
• — Показатель поглощения раствора единичной концентрации
• — Толщина слоя вещества, через которое проходит свет
е - основание натурального логарифма (е = 2,718)
Поглощение лазерного излучения для дистиллированной воды
Ц = 1/см
A = 810 нм ц = 0,0209 см-1
A = 980 нм ц = 0,473 см-1
е - основание натурального логарифма
_ V 1ÛÛ ТН20810= = i/lff™1™^ хЮО
= 0,979 х 100 = 97,9 %
Лхюо
ТН20980= = *** = 0,623 х 100 = 62,3 %
Поглощение в Н2О на 1 см длины
Л = 810 нм ^ (1- 0,979) х 100 = 0,021 х 100 = 2,1%
Л = 980 нм ^ (1- 0,623) х 100 = 0,38 х 100 = 38%
Из математических расчётов видно, что лазерное излучение с длиной волны 980 Нм поглощается дистиллированной водой в 18 раз больше, чем лазерное излучение с длиной волны 810 Нм.
В лабораторных условиях непоглощённая доза лазерного излучения после прохождения через альвеолярный отросток и корень зуба свиньи толщиной 1,3 см на расстоянии 1 мм с малой зонной насадкой, составила у лазерной системы с 810 Нм - 460 ^Вт (0,046% от исходной мощности), а с 980 Нм - 285 ^Вт (0,0285 % от исходной мощности).
В клинических условиях непоглощённая доза лазерного излучения после прохождения через альвеолярный отросток и корень зуба 4.4 толщиной 1,3 см у человека составила у лазерной системы с 810 Нм - 5,4 мВт (0,54% от исходной мощности), а с 980 Нм - 4,55 мВт (0,455% от исходной мощности).
Обсуждение
Математические расчёты коэффициента пропускания лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 Нм дистиллированной водой на 1 см длины проведённые с использованием физического закона Бугера - Ламберта - Бера показали, что длинна волны 980 Нм поглощается на 36% больше, чем длинна волны 810 Нм.
В лабораторных условиях доза лазерного излучения с длиной волны 980 Нм поглощается на 62% больше, чем с длинной волны 810 Нм.
В клинических условиях доза лазерного излучения с длиной волны 980 Нм поглощается на 10% больше, чем с длинной волны 810 Нм.
Различные данные математических расчётов на основе физического закона Бугера - Ламберта - Бера в сравнении с клиническими и лабораторными исследованиями связаны с тем, что расчёт коэффициента пропускания производился для дистиллированной воды. Вода в биологическом материале при лабораторных и клинических исследованиях находится в различных состояниях и связана с различными ионами и микроэлементами. Помимо поглощения лазерного излучения водой, в биологическом материале есть ткани-мишени (хромофоры), которые так же поглощают лазерную энергию, что влияет на непоглощённую дозу лазерного излучения, которая прошла через весь биологический материал.
Заключение
Математические расчёты с использованием физического закона Бугера - Ламберта - Бера, лабораторные и клинические исследования показали, что лазерное излучение с длинной волны 980 Нм поглощается больше, чем лазерное излучение с длинной волны 810 Нм.
Поглощённая доза лазерного излучения с длинной волны 980 и 810 Нм биоматериалом в лабораторных условиях (in vitro) больше в 100 и
более раз, чем биоматериалом в клинических условиях (in vivo). Это связано не только с различным количеством хромофоров в биоматериале, различным коэффициентом пропускания лазерного излучения, но и различными свойствами лазерного излучения при взаимодействии с биологическим материалом (отражением, рассеиванием, поглощением, проникновением).
Способность лазерного излучения с длинной волны 810 Нм проникать глубже в биологические ткани, чем с длиной волны 980 Нм, даёт возможность использовать его для облучения целевых точек, расположенных в биологических тканях на глубине больше 1 см.
Comparative characteristics of laser radiation with wavelength 810 and 980 nm in the experiment (IN VITRO) and clinical (IN VIVO).
Zhulev E.N., Rostov A.V., Rostov A.A.
Doctor of Volga research medical University, LLC "Center of medical legal consulting" Rubicon»,
This article presents a mathematical calculation of the transmission coefficient of laser radiation with wavelengths of 810 and 980 Nm distilled water at 1 cm in length, which was carried out using the physical law of booger - Lambert - ber. On the basis of mathematical calculations, a comparative analysis is carried out. The measurements of the non-absorbed energy density (dose) of laser radiation with a wavelength of 810 Nm and 980 Nm, passed through the biological material of a human in clinical practice and through the biological material of a pig in the laboratory were obtained. A comparative analysis of the efficiency of laser radiation absorption in biomaterial both in clinic and in experiment is carried out.
encyclopedia: [in 5 t.] / Hl. edition A.M. Prokhorov. — M.: Soviet encyclopedia, 1988. — T. 1: Aaronova — Boma effect — Long lines. — Page 232 — 233. — 707 pages — 100 000 pieces.
of laser technologies in stomatology, w. Modern stomatology. -2006. - No. 1. - Page 4-13. (www.bsmu.by).
the effects of narcogens during blockade of corticoliberin receptors by astressin in the hypothalamus and tonsil of rats // Narcology. 2006.Vol. 5. No. 4 (52). S. 17-22.
