WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |

Созданный в Институте прикладной физики РАН оптический томограф предназначен для зондирования биологических тканей инфракрасными импульсами длительностью около 30 фемтосекунд. Он позволяет получать изображения живых тканей с разрешением 15 микрон на глубине до миллиметров, не повреждая их.

При помощи очень коротких импульсов можно находить объекты, скрытые даже в рассеивающих излучёние средах. Причём, чем импульсы короче, тем с лучшим разрешением можно проникать в так называемые „мутные среды“, например в биологические ткани, которые сильно рассеивают излучёние (если бы не было рассеяния, мы в инфракрасном диапазоне были бы насквозь прозрачными).

Изображение слизистой оболочки гортани на границе опухоли и здоровой ткани, полученное при помощи оптического томографа.

С помощью фемтосекундного излучёния можно находить неоднородности биологических тканей размером порядка 10 микрон на глубине 1,5-миллиметра, именно там, где нередко начинается большинство онкологических заболеваний и других патологий.

Созданные в Институте прикладной физики РАН фемтосекундные оптические томографы позволяют также проводить так называемую неинвазивную, то есть неповреждающую, биопсию. При биопсии из подозрительной ткани щипцами отделяют кусочки и проводят их гистологические исследования. А оптический томограф без всякого хирургического вмешательства показывает наличие патологии и ее границу со здоровой тканью. Нижегородские физики и медики — первыми в мире — создали альбомы томограмм практически всех внутренних органов, внеся вклад в новую область науки — когерентную оптическую томографию.

Офтальмология Энергия очень тонко сфокусированного луча (фокус около 2 мкм) фемтосекундного лазера, в противоположность другим типам лазеров, освобождается не на поверхности роговицы, а на ее определенной глубине.

При этом, с помощью сильной фокусировки лазерного луча, можно добиться очень высокой плотности энергии. Фемтосекундный лазер работает, передвигаясь от одного края роговицы глаза к другому. В фокусной точке луча лазера наступает, так называемый эффект «фотодисрупции» - нетермического процесса.

Рис. 3.26. Воздействие начинается в центре роговицы Рис. 3.27. Лазерное пятно движется к периферии спиральным ходом В зоне фокусировки лазерного излучения биологическая ткань превращается в газообразную плазму. Вследствие сверхскоростного распространения плазмы, формируется так называемая «волна» и образуются микроскопические пузырьки, главным образом состоящие из CO2, N2, и H2O, нарушающие целостность ткани, подвергшейся лазерному воздействию. Перемещение лазерного пучка приводит к к разделению поверхностей. Учитывая очень малую длительность лазерного импульса, данная процедура получила название фемтосекундного лазерного разреза.

Срез роговицы, сделанный фемтосекундным лазером, является равномерным по толщине, идеально гладким. При этом происходит минимальное травмирование тканей.

При проведении классической операции LASIK, в качестве первого шага, с помощью микрокератома (микроножа) делается тонкий срез верхнего слоя роговицы и формируется так называемый клапан (Flap), который потом отводится в сторону, как страница книги. Затем роговица обрабатывается с помощью эксимерного лазера. В заключение сделанной операции, клапан возвращается на место («книга» закрывается) и полностью прикрывает зону лазерной коррекции.

Теперь вместо механического микроножа, для достижения того же эффекта без разрезания роговицы, использяется фемто-лазер.

Исследования, проведенные во многих клиниках мира, доказали, что «срез», полученный с помощью лазера, абсолютно равномерен на всём протяжении и обладает точно заданной толщиной. Это ещё больше повышает качество и безопасность операции ЛАЗИК. Именно поэтому рефракционные хирурги всего мира постепенно отказываются от механических микрокератомов и переходят к новой технологии.

Фемтосекундный лазер применяется так же и для лечения различных патологий, таких как:

- послойная или сквозная трансплантация роговицы;

- лечение кератоконуса (имплантация внутрироговичных сегментов).

Преимущества метода FemtoLASIK:

1) снижение вероятности осложнений, вызванных традиционным разрезом роговицы. Поскольку луч лазера не режет, а аккуратно разделяет ткань в соответствии с заданной программой, практически исчезает возможность осложнений во время операции.

2) высокая точность толщины клапана роговицы. Повышает безопасность операции в целом. Клапан на всём своем протяжении абсолютно одинаков по толщине, отклонение составляет не более 10 микрон. Он может иметь любую заданную толщину, в отличии от созданного механическим прибором.

3) возможность применения при высокой степени близорукости и тонкой роговице.

Методика «Суперласик» может включать в себя использование фемтосекундного лазера для более качественного отделения роговичного лоскута, а суть заключается в устранении аберраций высшего порядка.

Аберрации (нарушения оптики глаза) могут быть первого порядка (связаны с косоглазием), второго порядка (близорукость, дальнозоркость, астигматизм). Первоначально лечению поддавались осесимметричные аберрации второго порядка (близорукость и дальнозоркость), затем, применяя овальный луч лазера — лечить стали и астигматизм. Аберрации высшего порядка измеряются с помощью специального высокоточного прибора — аберрометра. Он позволяет выявить аберрации, связанные не только с роговицей, но и с другими элементами оптики глаза.



В настоящее время на рынке имеется четыре фемтосекундных лазера:

IntraLase (Advanced Medical Optics, Санта-Ана, США), VisuMax (Carl Zeiss Meditec, Даблин, США), Femtec (20/10 Perfect Vision GmbH, Гейдельберг, Германия) и Ziemer (Ophthalmic Systems AG, Порт, Швейцария). По мнению д-ра Price, вопрос об использовании фемтосекундных технологий при проведении операций на роговице сводится к тому, действительно ли они дают преимущества перед микрокератомом.

Лечебные методики — это еще одна область применения фемтосекундного лазера, в которой удалось сделать огромный шаг вперед благодаря технологиям нового поколения. Именно с этой целью использует фемтосекундный лазер адъюнкт-профессор Sonia H. Yoo из Института глаза Баскома Палмера (Медицинская школа Университета Майами, Майами, США). «Существует несколько фемтосекундных лазеров с режимами для выполнения проникающей кератопластики, снабженные специальным программным обеспечением. С его помощью можно выкроить лоскут из роговицы донора и сформировать ложе для трансплантата на глазу реципиента таким образом, чтобы они идеально подошли другу по форме. Это обеспечит более полноценное и быстрое заживление по сравнению с применением традиционного трепана. Кроме того, фемтосекундные технологии позволяют проводить и ламеллярную кератопластику. Можно срезать лишь передний эпителий или трансплантировать только задний эпителий, т.е. осуществить заднюю эндотелиальную кератопластику», — говорит д-р Yoo.

Благодаря новой технологии хирург имеет возможность программировать любой профиль разреза, который может понадобиться в терапевтических целях. Проф. Yoo считает, что это дает фемтосекундному лазеру огромное преимущество перед трепаном. «В ходе кератопластики вертикальным разрезом с помощью трепана выкраивается лоскут из роговицы донора и формируется ложе в роговице реципиента. Однако далеко не факт, что они точно подойдут друг другу по форме. Кроме того, при выполнении вертикального разреза рана менее стабильна, чем в случае техники «зигзаг», цилиндрического отверстия, грибовидной или дисковидной кератопластики, когда трансплантат «вставляется» в ложе. При применении техники «зигзаг» швы можно снимать раньше, а рана остается прочной», — поясняет она. Д-р Yoo выбирает форму трансплантата в зависимости от конкретной ситуации. Если рана очень прочная, то она предпочитает технику «зигзаг». Когда на первый план выходят иные приоритеты, то она избирает другую тактику. «Если возникает необходимость заменить преимущественно эндотелий, то задний край трансплантата должен быть больше по диаметру, чем передний, и тогда я применяю технику цилиндрического отверстия. При выполнении сквозной проникающей кератопластики, когда требуется по максимуму восстановить поверхностный слой, выбор делается в пользу грибовидного лоскута», — рассказывает д-р Yoo. Клинический опыт д-ра Price свидетельствует о том, что методика «зигзаг» обычно наиболее эффективна, поскольку в этом случае роговица донора и реципиента плотно прилегают друг к другу. Это дает преимущества в случае не только проникающей, но и передней ламеллярной кератопластики. Техника «зигзаг» позволяет практически идеально подогнать поверхности и лучше герметизировать их края в процессе наложения швов. Гораздо более безопасной становится и проведение DALK. Эта операция обеспечивает пациентам такое же хорошее (или даже более высокое) зрение, как после проникающей кератопластики, и позволяет сохранить собственный эндотелий роговицы. «Золотым стандартом» DALK является так называемая техника «большого пузыря» по Анвару, при выполнении которой в строму роговицы вводится воздух, что сопровождается отделением десцеметовой мембраны от стромы. К сожалению, вручную осуществить эту процедуру крайне сложно. «Работать стандартным трепаном надо очень аккуратно, чтобы уже в самом начале трепанации не перфорировать роговицу. В этом случае офтальмотонус резко снизится, десцеметовая мембрана окажется поврежденной, сформировать достаточно большой пузырь не удастся, а произвести глубокий разрез мануально будет крайне тяжело или вообще невозможно. Применение же фемтосекундного лазера делает эту процедуру гораздо более безопасной. В период предоперационной подготовки можно выполнить пахиметрию, выбрать зону разреза, перепроверить толщину в этом месте посредством ОКТ, а затем уже в ходе операции под контролем ультразвука определить, где роговица будет самой тонкой. Лазером можно сделать разрез, не доходя микрон до десцеметовой мембраны, вручную же это осуществить невозможно», — заявляет д-р Price. Все это обеспечивает целый ряд преимуществ. Во-первых, воздух в момент введения будет меньше распространяться на периферию. Когда периферия визуализируется хорошо, то можно судить и о том, сформировался ли пузырь. В противном случае роговица может побелеть и не дать тем самым хирургу возможности визуализировать пузырь. Кроме того, применение фемтосекундного лазера делает проведение этой методики более простой и безопасной. После формирования большого пузыря край зигзагообразного разреза встает под углом по отношению к зрачку, и в этой ситуации легче работать ножницами, восстанавливая строго вертикальную позицию края лоскута. Наконец, фемтосекундный лазер облегчает проведение разреза вручную в тех ситуациях, когда сформировать достаточно большой пузырь не удалось. «Если с помощью IntraLase выполнен разрез, не доходя микрон до десцеметовой мембраны, плоский край которого образует угол по отношению к зрачку, то работать лезвием уже гораздо проще — надо лишь завершить разрез по всей его длине. При использовании этой методики результаты по зрению, конечно, окажутся несколько хуже по сравнению с техникой «большого пузыря», но все равно достаточно высокими», — заключает д-р Price.





Существуют и другие перспективные области внедрения фемтосекундного лазера, не ограничивающиеся оперативными вмешательствами на роговице, — астигматическая кератотомия, биопсия роговицы и даже катарактальная хирургия. Так, в Индии фемтосекундный лазер апробировали в ходе процедуры, которая получила название фемтосекундной лентикулярной экстракции (FLECS). Лазером срезали узкую полоску стромы, изменяя таким образом рефракционную зону для миопии и миопии с астигматизмом, что позволяло корректировать остаточные рефракционные ошибки.

Наблюдение поверхностных химических реакций с фемтосекундным разрешением Появление пикосекундных, а затем фемтосекундных лазеров дало учёным уникальную возможность исследовать быстропротекающие процессы. Однако до настоящего времени существующие экспериментальные методики давали достаточно ограниченную информацию о динамике поверхностных химических реакций. В то же время для исследования ряда процессов, таких как гетерогенный катализ, изучение динамики взаимодействия между молекулой и поверхностью чрезвычайно важно. В недавней работе группы американских и немецких ученых представлена новая методика, позволяющая непосредственно наблюдать изменение характера химической связи молекулы, адсорбированной на поверхность, с временным разрешением менее фемтосекунд.

Рис. 3.28. Схема экспериментальной установки. Часть излучения титансапфирового фемтосекундного лазера конвертировалась в дальний ультрафиолет (EUV), свободно проходящий алюминиевый фильтр, а многослойное эеркало отрезало часть гармоник, делая пробный импульс более монохроматичным.

В работе для исследования динамики изменения химических связей молекул кислорода на поверхности платины была применена фотоэмиссионная спектроскопия с использованием излучения дальнего ультрафиолетового диапазона (0.28.). Известно, что фотоэмиссионная спектроскопия чрезвычайно чувствительна к химическому состоянию комплекса поверхность-адсорбат. Для молекул энергии связи электронов на внутренних оболочках атомов зависят от типа химической связи, поэтому «химический сдвиг» глубоких уровней служит индикатором химического или зарядового состояния атома, участвующего в химической связи. Фотоэмиссионные же спектры для валентных электронов дают информацию о гибридизации внешних молекулярных орбиталей, ответственных за химическую связь. Для наблюдения динамики реакции на субпикосекундном масштабе времен необходимы ультракороткие импульсов излучения в дальнем ультрафиолете (либо в рентгеновском диапазоне). В настоящее время генерация таких фемтосекундных импульсов достижима с помощью конверсии с повышением частоты (генерация высоких гармоник) излучения фемтосекундных лазеров ближнего инфракрасного диапазона.

Исследователям удалось наблюдать вызванные лазерным излучением обратимые изменения состояния молекул кислорода, соответствующие быстрому изменению электронной конфигурации кислородного адсорбата.

Импульс накачки создавал горячие электроны в платиновой подложке, которые могли занимать незанятые молекулярные орбитали, что ведет к изменению состояния молекул (из O2- в O22-). При этом в спектре фотоэлектронной эмиссии появлялся дополнительный пик. Изменения в структуре валентных уровней комплекса кислород-платина происходили приблизительно на 500 фемтосекундном временном масштабе, определяемом характерными временами термализации горячих электронов и необходимостью переориентации молекулы относительно поверхности при изменении состояния.

Отрывает ли лошадь от земли во время скачки все четыре ноги одновременно Майбридж (Muybridge) смог ответить на этот вопрос, придумав как сделать несколько последовательных фотографий бегущей лошади. Сейчас появилась возможность делать ряд последовательных «кадров» движений молекул и даже снимать молекулярные «фильмы» по написанному сценарию! При фотографировании быстродвижущихся объектов время экспозиции должно быть мало, чтобы изображение было четким. Для наблюдения за движением атомов необходимо иметь инструмент исследования в фемтосекундной шкале времени, потому что для прохождения расстояния в 1 ангстрем атому требуется примерно 100 фемтосекунд. Первый эксперимент в фемтосекундной временной шкале был проведен 11 декабря 1986 года в лаборатории Зивейла (Zewail) в Калифорнийском технологическом институте. В 1999 году Зивейлу вручили Нобелевскую премию за «изучение переходных состояний химических реакций с помощью фемтосекундной спектроскопии».

Фемтохимия и фемтобиология Революционный прорыв в экспериментальных методах и технологиях, основанных на использовании импульсов света фемтосекундной длительности, породил новые области исследования:

фемтохимию и фемтобиологию.

Типичным методом экспериментального изучения динамики реакций является метод «возбуждение-зондирование» (pump-probe), в котором используется два световых импульса (Рис. 3.29). Первый импульс (возбуждающий, называемый также импульсом накачки) запускает реакцию, а второй импульс (зондирующий) считывает информацию о произошедших изменениях, проходя через тот же образец. Зондирующий импульс и детектор позволяют получить «фотографию» движения, а возбуждающий импульс аналогичен сигналу к бегу для лошади в экспериментах Майбриджа.

Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.