Q-Switch-лазер, или «Внутренний мир» короткоимпульсных излучателей
Большинство лазерных специалистов выполняют процедуры по удалению искусственного и естественного пигмента, карбоновый пилинг, но далеко не все имеют представление о конструкции Q-Switch-излучателя. В стандартном варианте это наносекундные аппараты. К счастью, техническая сторона лазерной косметологии — в постоянной положительной динамике, и в настоящее время появилась уникальная возможность работать высокоэнергетическим лазерным излучением с ультракороткой длительностью импульса, измеряемой в пикосекундах. Это, несомненно, прорыв в области лазерной косметологии. Одним из аргументов в пользу этого является расширение списка показаний.
В чем же фишка излучателей Q-Switch ?
Давайте разбираться! Конечно, традиционно для лазерной косметологии, не обойдется без технических и физических нюансов.
Для многих специалистов и пациентов встает вопрос, что означает аббревиатура Q-Sw, или Q-Switch. Ответ прост: это дополнительный элемент в конструкции лазера. В русском языке его часто называют затвором. В переводе с английского «switch» — это выключатель. Именно он дает возможность генерировать короткие, ультракороткие импульсы. И если этот дополнительный элемент добавлен непосредственно в конструкцию аппарата, излучатель работает по принципу Q-Switch. При этом, если затвор пассивный (а чаще всего он именно такой), режим работы излучателя — только Q-Switch. И наоборот, если в конструкции лазера изначально нет затвора, разместить его дополнительно без критических доработок невозможно.
Стандартный твердотельный лазер состоит из активной среды, двух зеркал — резонатора, в котором располагается «выключатель», и лампы накачивания.
Для косметологического Q-Switch-лазера стандартной активной средой зачастую служат атомы неодима, добавленные в кристалл. Рубиновые лазеры с конструкцией Q-Switch и длиной волны 690 нм имеют место быть, но используются крайне редко из-за ограниченного диапазона показаний.
Активная среда — ключевое звено в генерации импульса, она определяет длину волны, а соответственно, целевое вещество в дальнейшей работе. Сочетание нескольких активных сред в разных насадках и возможность подключения каждой из них к одному аппарату означает, что специалист сможет комбинировать в работе несколько длин волн. Это обеспечит разрушение многих хромофоров, а соответственно, коррекцию не одной эстетической проблемы.
Если использовать для активной среды основной манипулы атомы александрита, а для дополнительных — атомы неодима с генерацией второй гармоники, в конечном итоге аппарат будет работать на 3 длинах волн: 755, 1064 и 532 нм. Такая комбинация обеспечивает успешное удаление естественного и искусственного пигмента различных цветов. Остальные тонкости процедуры и список показаний зависят от длительности и мощности самого импульса.
Как работает выключатель?
Стандартный твердотельный лазер без выключателя «светит» такое же время, что и лампа накачивания. И при свободной генерации длительность импульса измеряется в миллисекундах.
Лазер с оптическим затвором можно долго «накачивать», а излучение генерироваться не будет. Так как в основе работы стандартного Q-Switch-излучателя лежит принцип модуляции добротности. Импульсы лазеров с модуляцией добротности резонатора обычно рассматриваются как короткие, длиной в микро- и наносекунды. Накачка происходит при закрытом затворе, когда намеренно ухудшены свойства оптического резонатора. Как только свойства восстанавливаются, затвор быстро открывается и наступает одноимпульсная генерация. Вместо серии импульсов, пиков излучается один, очень короткий по времени, но мощный.
Резонатор формирует определенные состояния поля излучения, собственные колебания, называемые модами (рис. 1). Если необходимо получить еще более короткий импульс, например, пикосекундный или фемтосекундный, нужно синхронизировать моды. В обычном лазере каждая из этих мод колеблется независимо, без фиксированной связи между собой. Если каждая мода начнет работать фиксированной фазой совместно с другими, получится конструктивное взаимодействие, результатом которого станет интенсивная, мощная вспышка сверхкороткой длительности.
Мощность импульса можно рассчитать, разделив энергию на время его генерации. Соответственно, благодаря технологии «выключателя» время уменьшилось на порядки. Это значит, что ультракороткий импульс намного мощнее длинного при одинаковой энергии.
Зачем нужен короткий импульс?
При помощи классического Q-Switch-лазера в косметологии обычно получают импульсы длительностью от 10-40 наносекунд. Одна наносекунда — одна миллиардная секунды.
В таблице приведены единицы измерения длительности и их сравнительный анализ (рис. 2).
Генерация мощных коротких импульсов, например, наносекундных, позволяет избирательно нагреть мишень очень маленького размера. Селективный фототермолиз, несомненно, в Q-Switch-аппаратах актуален. Однако ввиду большой мощности процесс проходит более интенсивно. Фактически во время воздействия происходит не просто разогрев с разложением, а множество микровзрывов. Активный хромофор очень быстро разогревается, что приводит к акустическому удару. Импульс разрушает оболочку, разбивает краситель акустической волной на мельчайшие частицы (рис. 3), пигмент взрывается и со временем утилизируется лимфатической системой.
Механизм реализации лазерной энергии в тканях преимущественно фотоакустический (фотомеханический). Но при наносекундном импульсе еще проявляются и другие механизмы реализации: фотохимический и в меньшей степени — фототермический.
Чем короче длительность импульса, тем меньше выражена передача тепла и тем менее корректно говорить о тепловом очаге. Пикосекунда короче наносекунды в 1 000 раз. Исходя из этого термического повреждения, разрушения тканевых структур, благодаря пикосекундным импульсам не происходит целенаправленная работа по хромофору, что снижает риск возникновения ожогов и рубцов, дискомфортные ощущения пациента и влияет на сроки реабилитации после процедуры.
Создание пикосекундных лазеров позволило сместить фототермический эффект. Поэтому к такому аппарату применимо название «холодный лазер».
Если рассматривать удаление татуировок, то высокая пиковая мощность обеспечит более мелкое «дробление» целевого вещества. Зачем это нужно? В первую очередь — для максимально выраженного безопасного результата уже после первой процедуры. В обычных наносекундных Q-Switch-лазерах разрушаются только верхние слои пигмента, а за счет пикосекундных импульсов происходит дробление и нижележащих слоев. Это уменьшает количество процедур, необходимых для удаления татуировки. Пациентам так комфортнее по индивидуальным для каждого причинам.
Большую пиковую мощность сможет реализовать только ультракороткий, пикосекундный импульс. В настоящее время пикосекундные лазеры с александритовым и неодимовым излучателями позволяют работать с несколькими длинами волн: 755,1064 и 532 нм. Это помогает выйти на новый уровень в работе с удалением искусственного и естественного пигмента. Кроме того, сверхмощный импульс нередко активизирует процессы регенерации, сокращает участки кожи, уплотняет ее за счет синтеза нового коллагена и эластина и как следствие — оказывает antiage-эффект на обрабатываемой области либо корректирует рубцы и растяжки.
На косметологическом рынке используют множество лазеров с Q-Switch-принципом генерации импульса. При их сравнительном анализе следует обращать внимание на такие важные характеристики, как длительность импульса, длина волны и их количество. Пикосекундные лазеры с длинами волн александритового и неодимового излучателей расширяют границы показаний, обеспечивают комфортную работу специалисту, которая заключается в высокой эффективности и скорости процедуры, минимальной степени реабилитации, эмоциональном комфорте пациента и отсутствии нежелательных явлений после процедуры.
Автор статьи — Дарья Михайловна Разина, врач-косметолог, дерматолог, тренер-методист лазерных технологий (Санкт-Петербург)
Литература:
1. Зельдович Б. Я., Кузнецова Т. И. Генерация сверхкоротких импульсов света с помощью лазеров // Успехи физических наук. — 1972. — Т. 106. — № 1. — С. 47-84.
2. Херман Й., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов // Mосква: Мир. – 1986. — 368 с.
3. Saedi N, Metelitsa A, Petrell K, et al. Treatment of Tattoos with a Picosecond Alexandrite Laser: A Prospective Trial. Arch Dermatol. 2012;148(12):1360-1363.
4. Микрообработка материалов пикосекундными лазерами, Ф. Бахманн, Д. Мюллер, Б. Климт, Р. Кнаппе, Германия, 2013.