Физика в лазерной косметологии
Конструкция аппарата, параметры лазерного излучения, взаимодействие света с кожей — всё крепко завязано на знаниях в области физики. Поэтому для лазерного специалиста ключевая роль этой науки в лазерной косметологии должна быть очевидна.
Косметология не прощает ошибок, тем более — лазерная. Всего одна вспышка может привести к осложнениям, которые порой приходится корректировать годами.
Каждая процедура на лазерном оборудовании — важный экзамен со строгими экзаменаторами. От понимания механизма работы аппарата, выбора излучателя, правил поглощения лазерной энергии зависит конечный результат, степень реабилитации после процедуры, риск нежелательных явлений, эмоциональное состояние и удовлетворение пациента и специалиста.
Типы вопросов к лазерному специалисту
Пациентов интересует многое. Количество вопросов и их качество индивидуально в каждом отдельном случае. И, конечно, не всегда хочется в непрерывном режиме отвечать на поток вопросов наподобие:
- «Какое название красивое — неодимовый! А, кстати, почему он так называется? Я только о диодном каком-то слышала…»
- «Почему аппарат такой большой?»
- «Почему он так шумит, всё в порядке?!»
- «Ой, а почему я чувствую только холод?»
- «А можно одной насадкой удалить татуировку и сосуд?»
- «Одной процедуры будет достаточно?»
Но именно ответы на вопросы характеризуют профессиональный уровень лазерного специалиста, дают понять, как он работает: вдумчиво, глубоко либо просто выполняет штамповые протоколы.
Как ключ к замку
Определив рабочую «мишень», можно целенаправленно использовать максимально эффективный излучатель.
Всё потому, что принцип избирательности — основной в лазерной косметологии.
Каждому хромофору можно подобрать свою длину волны либо несколько, которые он оптимально поглощает.
Возникает вопрос: а почему не максимально? Так должно быть наверняка эффективнее!
Максимальное поглощение хромофора может входить в небезопасный для работы оптический спектр, например, ультрафиолетовый, если рассматриваем меланин.
Конкуренцию хромофоров тоже необходимо учитывать. Например, если мы работаем в формате лазерной эпиляции с пациентом высокого фототипа, пигмент волоса может получить недостаточно тепловой энергии, так как при максимальном поглощении большую часть ее примет на себя пигмент кожи.
Основная задача лазерного воздействия — термическое повреждение цели, без перегрева, а уж тем более без деструкции окружающих тканей, поэтому оптимальный уровень поглощения целевого хромофора наиболее благоприятен. На рисунке 1 приведен график поглощения основных хромофоров кожи, который позволяет точно подобрать оптимальную длину волны для целевого вещества. Обратив внимание на синюю вертикальную линию 808 нм, мы видим, что кривая меланина и гемоглобина пересекаются с ней. Но в точке пересечения с коричневой кривой коэффициент поглощения значительно выше. Таким образом, основной хромофор для длины волны 808 нм — меланин.
Может ли один лазер излучать длину волны и александритового, и неодимового лазера?
Твердотельный лазер — нет, а полупроводниковый диодный — может.
В основе лазерного излучения лежит люминесценция — свечение веществ под действием внешней энергии, часто — света с более короткой длиной волны.
Цвет свечения для каждого вещества свой — это и есть длина волны. По оптическому спектру (рис. 2, рис. 3) можно наблюдать, что в видимом поле, от фиолетового до красного, каждый диапазон длин волн — разного цвета. Ультрафиолетовое излучение в условном диапазоне от 400 нм и меньше считается небезопасным.
Александрит, неодим — активная среда в твердом теле-кристалле. Когда эти вещества облучаются излучением накачки, происходит генерация волны определенной длины.
Если известна активная среда, почти всегда можно сказать, какая длина волны будет излучаться.
При помощи технических усложнений можно добиться изменения длины волны генерации, но не на любую цифру.
Это больше касается неодимового лазера. В классическом варианте длина его волны — 1064 нм, но если инженеры добавят в конструкцию генератор второй гармоники, то излучение станет 532 нм.
Помимо твердотельных лазеров, в косметологии применяются полупроводниковые диодные. В них накачка осуществляется не светом, а электрическим током. Но длина волны тоже зависит от активной среды. Конструкция таких лазеров предполагает использование полупроводников. Если они разные по составу, то появляется возможность генерировать практически любую длину волны. А благодаря компактности в один излучатель можно поместить несколько полупроводников с разными примесями, позволяющими генерировать разные длины волн. Поэтому сейчас всё чаще встречаются диодные лазеры не с классической длиной волны 808 нм, а так называемые гибридные, дополнительно генерирующие длины волн александритового лазера в 755 нм и неодимового — в 1064 нм.
Всё бы ничего, но диодные излучатели не могут обеспечить большой пиковой мощности. Длительность их импульса достаточно большая, измеряется в миллисекундах, обычно — более 50 мс. Например, твердотельные александритовые лазеры в настоящее время способны генерировать импульс длительностью в пикосекунды. Это огромная разница, которая свидетельствует о большей результативности именно твердотельных конструкций.
Лучи диодного излучателя несколько расходятся, несмотря на перпендикуляр обработки, часть их не будет под углом 90 градусов относительно кожи.
Твердотельные лазеры отличаются большей направленностью излучения, при соблюдении перпендикуляра обработки сгенерированный импульс точно «бьет в цель».
Почему мне холодно?
Зачастую пациенты настроены испытать болезненные, неприятные ощущения от лазерного воздействия, которые благодаря охлаждению минимизированы.
Работа с лазерным аппаратом предполагает высвобождение большого количества тепла.
Охлаждать необходимо как саму установку, так и кожу пациента в месте воздействия, чтобы избежать риска возникновения осложнений.
Мощный аппарат просто не может быть маленького размера, соответствующие габариты — в том числе и из-за системы охлаждения.
Охлаждение кожи до и во время процедуры лазерного воздействия может быть как контактным, так и воздушным. Обеспечивает, в первую очередь, безопасность работы и, несомненно, комфорт. Охлаждение — отвлекающий прием от неприятных, болезненных ощущений. А в формате безопасности, если во время генерации импульсов применять охлаждение, возникает хороший «запас» до критических температур, что позволяет более точно разрушить только хромофор оптимальной плотностью энергии, без нежелательных явлений и деструкции нецелевой ткани.
Флюенс или энергия?
Объекты, с которыми специалист намерен поработать, всегда отличаются по глубине залегания, размеру, количеству хромофора.
Определиться с излучателем, длиной волны — только первый шаг. Увидеть позитивный результат без рабочих параметров невозможно.
Несомненно, энергия — ключевое понятие. Но, рассматривая лазерное воздействие, необходимо учитывать не просто количество джоулей, а то, сколько их передается на единицу поверхности кожи — плотность энергии, флюенс. Это общепринятая, корректная формулировка.
Можно привести следующую аналогию: при надавливании с одинаковой силой иглой и манипулой в одном случае кожа прокалывается, в другом — нет. Таким образом, при одинаковой силе нажатия отличие — в площади инструмента.
Так же и с лазерным пучком: при одинаковой энергии роль играет его площадь. И чем меньше площадь, тем сильнее воздействие при той же самой энергии.
Например, при энергии излучения 100 Дж распределение ее на пятне размером 1х1 см даст флюенс 100 Дж/см2, распределение на пятне размером 2х2 см даст флюенс меньше — 25 Дж/ см2.
Взаимодействие света Необходимо понимать, что не всё количество энергии, полученное от генерации вспышки, дойдет до цели. Соблюдать перпендикуляр обработки крайне важно: чем сильнее угол падения отличается от него, тем больше энергии отразится от поверхности и вообще не попадет в кожу. Часть излучения рассеивается и может также выйти из тканей, какое-то количество пройдет дальше целевого слоя (рис. 4).
Долго или быстро?
Длительность импульса определяет величину и глубину зоны, которая будет разогрета внутри кожи. Больше длительность — больше зона разогрева.
Существует такое понятие, как время термической релаксации. Оно характеризует, сколько времени потребуется для перехода в «холодные» окружающие ткани 50% изначально полученного тепла. Для эффективного воздействия длительность импульса не должна превышать время термической релаксации.
Иначе еще в процессе импульса начнется переход тепла в окружающие ткани, что снизит эффективность разогрева и, следовательно, результативность процедуры.
При работе с сосудами различного диаметра, расположенных на разной глубине, очень показательна вариация длительности: крупный, глубокий сосуд ждет длинного импульса, мелкий, поверхностный — короткого.
Частота — скорость процедуры
А также безопасность.
Частота определяет время между импульсами. Чем больше частота, тем меньше времени между импульсами. А значит, ткань между ними остывает меньше. В итоге это может привести к перегреву и ожогу. Поэтому работать на высоких частотах, когда есть риск полного многократного наложения импульсов, не рекомендовано при мощном оборудовании.
Если площадь целевой поверхности дает возможность контролировать многократные наложения, тогда важно проверить флюенс: он должен быть меньше, чем при частоте 1 Гц.
О значении физики в лазерной косметологии можно говорить очень долго и много.
Врач-косметолог, конечно, не обязан знать каждую деталь в конструкции аппарата, все физические формулы, но существует базис, на котором строится качественная работа лазерного специалиста.
Дилетантство в медицине осуждают, а принцип «не навреди», к счастью, остается актуальным и в современном мире.
Автор статьи — Дарья Михайловна Разина, врач-косметолог, дерматолог, тренер-методист лазерных технологий (Санкт-Петербург)
Литература:
- Звелто О. Принципы лазеров: пер. с англ. / О. Звелто. — М.: Мир, 1990. — 560 с.
- Сборник статей о лазерной и косметологической технике / Тихорук Д.В. — Киев, 2019. — 84 с.
- Лазеры в клинической медицине / под ред. С.Д. Плетнева. — М.: Медицина, 1996. — 428 с.
- Медицинские аппараты на основе мощных полупроводниковых и волоконных лазеров / В.П. Гапонцев, В.П. Минаев, В.И. Савин, И.Э. Самарцев // Квантовая электроника, 2002. — Т.32. — №11. — С. 1003-1006.