SAĞLAMLIQ

LAZER VƏ LİFLİ OPTİKANIN TİBBDƏ TƏTBİQİ

12-01-2016

 Açar sözlər: lazer, işıqötürücü optik şüşə lif, istilik tutumu.

         Optik kvant generatoru – lazer 50 ildən (1960) artıqdır ki, kəşf edilib və onlar elm və texnikanın bir sıra istiqamətlərində geniş miqyasda tətbiq olunmağa başladı. Belə istiqamətlərdən biri də kiçik optik itgiyə malik (hazırda ~0,2 Db/km) şüşə (SiO₂-kvars) işıqötürücü optik liflərə əsaslanan müasir lifli optikadır. Hazırda, lifli optikanın daha mühüm və inkişaf  etmiş tətbiq sahəsi tibb və rabitədir. Belə ki, lazer – işıqötürücü sistemi vasitəsilə enerjinin və informasiyanın ötürülməsində  işıqötürücülərin  ötürücü mühit kimi istifadəsinə real imkan açdı [1-3].
      Son 30 ildə fiziki metod olaraq lazer-optik lif işıqötürücülər sisteminin tibbdə tətbiqi xeyli genişlənib. Müasir tibbi bu sistemsiz təsəvvür etmək çətindir.
     Parametrlərin belə geniş intervalda dəyişməsi bioloji toxumalarda müxtəlif  təsir mexanizminin təşkilinə imkan verir.

Lazer fizikasının tibbi-bioloji tətbiqinin müasir istiqamətini iki əsas qrupa ayırmaq olar.

1.Lazer şüalanmasından  bioloji quruluş və proseslərin öyrənilməsində tədqiqat aləti kimi istifadə olunması.

2.Lazer – işıqötürücü sisteminin bioloji quruluş və obyektlərə təsir aləti kimi istifadə olunması. Bu təsirin özünü 3-qrupa ayırmaq olar:

1)toxumaların koaqulyasiyası (oftalmologiya, onkologiya, dermatologiya);

2)toxumaların ayrılması yaxud kəsilməsi (cərrahiyyə);

3)Biostimulyasiya (fizioterapevtik tətbiqi).

      Məqalədə məqsəd fiziki metod olaraq lazer-işıqötürücü sisteminin tibbin müxtəlif sahələrində müalicə və diaqnozun qoyulmasında istifadəsinin nəyə əsaslandığını göstərməkdir.
      Lazer  şüalanmasının  toxumaya təsiri, toxumaya daxil olma dərinliyi (~2-2,5 mm) praktiki olaraq onun udulmasından asılıdır. Şüalanmanın udulması isə dalğa uzunluğunun funksiyasıdır. Lazer şüalanması toxumaya istilik və qeyri-istilik təsiri göstərir. Lazer şüalanmasının dalğa uzunluğu hədəfin udma spektrinə uyğun olduqda bu şüalanmanın əksər hissəsini hədəf udur (a): qalan hissəsi səpilir, əks olunur və yayılmaqda davam edir. Lazer şüalanmasının dalğa uzunluğu hədəfin udma spektrinə uyğun olmadığı halda fotonlar orqan yaxud hüceyrələri zədələmədən onlardan keçə bilir (b). Əksər halda lazer şüasının enerjisi hədəfin qızmasına (c) və onun dağılması üçün istifadə edilir. Habelə, lazerin qeyri-istilik təsiri zamanı fotonlar molekulyar rabitəni qıra bilir (d) və ionlaşmış plazmanı, ən başlıcası, bərkimiş yığıntıları parçalayan – zərbə dalğasını yaradır (e). Hədəfdə piqmentin müəyyən konsentrasiyasında lazer işığı  hədəfin flyuoressensiyasını (f) yarada bilir ki, bu effekt diaqnostik məqsəd üçün istifadə edilir yaxud piqmentlə qarşılıqlı təsirdə olaraq hədəfin parçalanmasını yaradır (g).
     Lazer şüalanmasının bioloji orqan və toxumalara təsirini ötürmək üçün ötürücü mühit kimi istifadə edilən işıqötürücü optik liflərdir.
     İşıqötürücü şüşə lif iki konsentrik hissədən – işığı ötürən içlikdən və işığı içlikdə saxlayan örtükdən ibarət olub silindrik formaya malikdir. Habelə, işıqötürücünü mexaniki təsirdən (zədələnmədən) qoruyan plastik polimer pərdədən ibarətdir. İçliyin sındırma əmsalı (n₁) örtüyün sındırma əmsalından (n₂) böyük (n₁>n₂) olmalıdır ki, onların sərhəddindən işığın tam daxili qayıtma prosesi işıqötürücü boyunca daimi təkrarlanaraq şüalanma enerjisinin ötürülməsini təmin etsin. Bunun üçün içlik materialı ifrat təmiz kvars şüşəyə (SiO₂) onun sındırma əmsalını artıran GeO₂, Al₂O₃, TiO₂ və P₂O₅ aşqarları (mol%-lə), örtük materialı olaraq isə kvars şüşəyə onun sındırma əmsalını azaldan şüşəvari B₂O₃ və  aşqarları vurulur. Örtük və içliyin sındırma əmsalları arasındkı fərqdən və həmçinin işıq dalğasının uzunluğu kimi parametrlərdən asılı olaraq işıqötürücü şüalanmanı bir yaxud çox növ rəqslər (mod) şəklində ötürə bilir. Bu (modlar) rəqslər bir-birindən yayılma sürətinə, işıqötürücünün en kəsiyi üzrə intensivliyin paylanmasına, elektrik sahəsi vektorunun istiqamətinə görə fərqlənir. Ona görə  işıqötürücülər uyğun olaraq birmodlu və çoxmodlu  olmaqla iki növə ayrılır.
     Tibbi işıqötürücü liflər – insanın daxili orqanlarını müşahidə etmək üçün nadir obyektdir. Onlar optik xarakteristikalarına zərər dəymədən 20 mm əyrilik radiusuna qədər əyilə bilir. Onun belə elastiki xassəyə malik olması orqanizmin daxili  hissələrinə şüalanmanı ötürməyə imkan verir. Tibbi işıqötürücü liflərə adətən bütün növ işıqötürücülər aiddir. Toksiki xassəyə malik olmayıb, distal ucu sterillizə olunub və kifayət qədər elastiki, yüksək dərəcədə şəffafdır. Tibbi işıqötürücünün uzunluğu təqribən 30-50 sm, kvars içliyin diametri 400-600 mkm, xarici örtüyünün (pərdə ilə birlikdə) diametri 900 mkm olur. İşıqötürücünün əsas optik parametrlərindən biri onun apertura ədədidir (NA)  Tibbi məqsədlər üçün onun apertura ədədi  intervalında olur.
     İşıqötürücü şüşə liflərin əsas keyfiyyətlərindən biri onların istiliyə davamlılığıdır.
     Müxtəlif temperaturlarda işıqötürücülərin optik xarakteristikaları temperatur dəyişməsinə çox həssas olur. Müəyyən edilib ki, -40⁰S-dən aşağı temperturlarda işıqötürücünün içlik və örtük materiallarının sındırma əmsalları arasındakı fərq azalaraq onun apertura ədədinin azalmasını yaradır. Optik xarakteristikaları pisləşir və ötürücü mühit kimi onların istifadəsi mümkünsüz sayılır. Bunun üçün içlik və örtük materiallarının teplofiziki xarakteristikalarını bilmək çox vacibdir. Hazırda işıqötürücülər geniş temperatur intervalında (-40-dan +85⁰S-yə qədər) işləmə qabiliyyətinə malikdir.
     Bu məqsədlə adiabatik kalorimetriya metodu ilə 5-300 K temperatur intervalında şüşəvari SiO₂-nin və onun əsasında ona vurulan B₂O₃, GeO₂, TiO₂ və Al₂O₃ (mol %-lə) oksidlərinin onun (SiO₂) istilik tutumuna (Cp) təsir xarakterinin temperatur və konsentrasiyadan asılılığını öyrənmişik [4,5]. Bu təcrübi qiymətlər əsasında entropiya (ΔS), entalpiya (ΔH) və sərbəst enerjisinin (ΔF) dəyişməsi hesablanıb (bax cədvəl). Müəyyən edilib ki, həmin materialların təmiz SiO₂-yə nəzərən istiliyə davamlılığı daha yüksəkdir. Hətta cədvəldə verilən 4 və 12 №-li maddələrdə istilik tutumunun temperatur asılılığında anomaliya (C_p-nin maksimum qiymətə çatması) müşahidə edilmişdir (uyğun olaraq 80% və 30%). Alınan nəticələrin həmin materiallardan hazırlanan işıqötürücü optik liflərin tətbiqi sahəsində istifadə əvəzsizdir.
     İşıqötürücü optik şüşə liflər hələ lazer kəşf olunana qədər tibbdə insanın daxili orqanlarını müşahidə etməkdə (fibroskop cihazı) istifadə olunurdu (1957). Bu zaman işıq mənbəyi kimi civə lampası və b. götürülürdü. Fibroskop (yuxarıda) mədə və bir çox digər orqanların xəyalını ötürə bilir. Linza ksenon qövs lampası işığını işıqötürücü liflərdən ibarət bağın girişinə fokuslayır. İşıqötürücülərdən keçən işıq mədədə olan polipi işıqlandırır. Polipdən əks olunan işıq linza vasitəsilə işıqötürücülərin bağının dirəyinə fokuslanır. Bağda hər bir işıqötürücü bütöv xəyalın bir hissəsini ötürür. Bağın xarici ucundan çıxan işıqla polipin fibroskop vasitəsilə alınan monitora verilir və həkim onu izləyir. Fibroskoplar tez-tez endoskop adlanan daha mürəkkəb cihazlara daxil edilir, hansı ki, onlar digər alətlərin yeridilməsi üçün kanala malikdir.
      Lazer – işıqötürücü sisteminin bədxassəli şişlərin fotodinamik terapiya-sında tətbiqi son illər intensiv aparılır. Belə ki, fotodinamik effektin ardıcıl öyrənilməsi (bioloji vacib molekulların görünən işığın təsiri altında molekulyar oksigenin və  fotosensibilizatorun iştirakı ilə oksidləşməsi) tibdə yeni istiqamətin inkişafına gətirdi – bədxassəli şişlərin fotodinamik terapiyasına [6].
     Fotosensibilizatorlar – bu maddədir. İşığı udma qabiliyyətinə malik olub və bioloji toxumalarda  kimyəvi reaksiyanı induksiyalayır.
     Piqment iynə ilə orqanizmə vurulur. Bundan təqribən 48-72 saat  sonra xərçəngin zədələdiyi toxumalarda selektiv toplanır.

Жядвял  № 1.

№	Maddə	Cp kal/mol.dər	ΔS kal/dər	ΔH kal/mol.dər	ΔF kal/mol.dər
1	SiO2	11,27	10,69	1766	4,77
2	99,36  mol%SiO2+ 0,64 mol%B2O3	13,42	12,52	2055	5,63
3	98,56 mol%SiO2+ 1,44 mol%B2O3	13,88	13,05	2106	5,99
4	98,09 mol%SiO2+ 1,91 mol%B2O3	20,37	17,12	28,69	7,49
5	96,65 mol%SiO2+ 4,35 mol%B2O3	14,39	13,01	2120	5,90
6	92,22 mol%SiO2+ 7,78 mol%B2O3	15,17	12,76	2090	5,85
7	84 mol%SiO2+ 16 mol%B2O3	11,76	11,91	1868	5,64
8	96 mol%SiO2+ 4 mol%B2O3	11,34	10,98	1782	5,00
9	94 mol%SiO2+ 6 mol%B2O3	11,48	11,20	1795	5,17
10	89,8 mol%SiO2+ 10,2 mol%B2O3	12,77	11,93	1930	5,45
11	99,41 mol%SiO2+ 0,59 mol%B2O3	12,75	11,72	1920	5,22
12	97,00 mol%SiO2+ 3 mol%B2O3	14,32	12,97	2204	5,59
13	90,60 mol%SiO2+ 9,40 mol%B2O3	13,63	12,25	2091	5,42
14	96,12 mol%SiO2+ 3,88 mol%B2O3	11,25	10,87	1764	5,06
15	89,75 mol%SiO2+ 10,25 mol%B2O3	11,05	10,84	1749	4,98
16	62,05 mol%SiO2+ 37,95 mol%B2O3	12,39	11,78	1970	4,94

   Optik liflə ötürülən kriptonda lazerin mavi-bənövşəyi işığı (piqmentin) xərçəng toxumalarında toplanan fotosensibilizatorun boyayıcısını həyacanlan-dıraraq flüoressensiyasını yaradır və toxumalarda bioloji çevrilmənin yaranmasına səbəb olan selektiv fotokimyəvi reaksiyalar silsiləsi yaranmasına səbəb olur. Sonra optik lif boyunca şişi dağıdan başqa dalğa uzunluğuna  malik ikinci işıq mənbəyi kimi arqon lazeri daxil edilir – qırmızı boyayıcıda lazer, onun şüalanması şişdə olan piqmentin molekullarını həyəcanlandırır. Bu molekullar isə öz enerjisini oksigen molekullarına ötürür. Enerjinin ötürülməsi hesabına güclü oksidləşdirici olan və şişin parçalanmasını yaradan sinqlet oksigenin (¹O₂) yaranması baş verir. Həyəcanlanmış bu oksigen yüksək aktivliyə malik olub və bədxassəli şişi dağıtmaq qabiliyyətinə malikdir (şəklə bax). Beləliklə, deyilən fiziki metod klinikalarda xərçəngin fotodinamik diaqnostikası və terapiyasında intensiv olaraq istifadə olunmaqdadır.
   Standart temperaturda (T=298,15 K) SiO₂-B₂O₃, SiO₂-GeO₂, SiO₂-Al₂O₃ və SiO₂-TiO₂ şüşəyəbənzər sistemləri üçün istilik tutumunun entropiyanın, entalpiyanın və sərbəst enerjinin dəyişməsi cədvəl1-i.
     Fiziki metod olaraq lazer – işıqötürücü sisteminin digər terapevtik tətbiqi-nin daha maraqlı nailiyyəti ürək-damar xəstəliklərinin  müalicəsindən ibarətdir. Ürək damar xəstəliklərinin daha ağır forması adlanan aterosklerotik kirəc qurumuş piy yığıntıları ilə arteriya divarlarının qalınlaşması və ya damarların qan çöküntüsü ilə tıxanması səbəbindən yaranır. Bu zaman qan dövranının pozulması ani olaraq ürək tutmaları, insult və ayaqlarda çürümənin baş verməsi ilə nəticələnir. Hazırda arteriyaların tıxanmasının müalicəsi üçün həkimlər dərialtı koronar anqioplastika üsulundan stifadə edirlər. Şəkildə bu üsulla müalicə üçün fibroskopu, üfürülən manjeti və şüalanmanı ötürən işıqötürücünü birləşdirən tibbi cihaz göstərilib. Əgər arteriya qismən tıxanıbsa, onun büzülmə sahəsinə kateterin ucu yeridilir. Sonra baloncuq üfürülür (yeridilir) ki, damarın daxili divarı genişlənsin kirəci dağıtmaq üçün işıqötürücü liflər lazer şüalanmasını yaxşı ötürsün. Bu zaman həkimlər fibroskop vasitəsilə kirəc və ya digər damar tıxanmasını vizual müşahidə edə bilirlər. Sonra qan axınını müvəqqəti dayandırmaq üçün damara ötürülən manjet daxil edilir, işıqötürücü ilə ötürülən lazer şüalanması kirəci dağıdır. Manjetdən hava buraxıldıqdan sonra qan axını bərpa olunur.

 ЯДЯБИЙЙАТ - ЛИТЕРАТУРА– REFERENCES: 

1. Мидвентер Дж.Э. Волоконные световоды для передачи информации. М. Радио и связь, 1983, 336 с.

2. Плетнева С.Д. Лазеры в клинической медицине. М., Медицина, 1981, 400 с.

3. Əliyev N.N. İşıqötürücü optik liflər və onun tibbdə tətbiqi. Dərs vəsaiti, Bakı, 2013, 127 s.

4. Алиев Н.Н. Теплоемкость и термодинамические свойства двуокиси кремния, легированной бором и германием при низких температурах. Канд. Дисс. Баку, 1983, 203 с.

5. Мамедов К.К., Абдуллаев А.Б., Шалумов Б.З., и др.

Теплоемкость и термодинамические свойства стеклообразных систем SiO₂-Al₂O₃ и SiO₂-TiO₂ при низких температурах. //Физика и химия стекла, 1985, Т.11,с.536-541.

6. Филоненко Е. Флюоресцентная диагностика и фитодинамическая терапия в онкологии. //Наука в России, 2012, № 4, с.4-9.