Обзор существующих методов и устройств для обработки биологических проб

     Введение 

     Физика  лазеров и по сей день интенсивно развивается. С момента изобретения  лазера почти каждый год появлялись всё новые его виды, приспособленные  для различных целей. В настоящее  время лазерное излучение с большим  или меньшим успехом применяется  в различных областях науки. Уникальные свойства излучения лазеров, такие, как монохроматичность, когерентность, малая расходимость и возможность при фокусировке получать очень высокую плотность мощности на облучаемой поверхности обеспечили широкое применение лазеров. Использование квантовой электроники оказалось, в частности, очень полезным для клинической медицины. В медицинских целях используются, в основном, твердотельные и газовые лазеры. Импульсные твердотельные лазеры применяют преимущественно в офтальмологии для операций по  устранению отслоения сетчатки глаза и при лечении глаукомы. Для этих целей была разработана специальная аппаратура с использованием неодимовых и рубиновых лазеров. Для операций с рассечением тканей импульсные лазеры оказались непригодны, поэтому для этих целей применяют лазеры непрерывного действия. В Советском Союзе была создана хирургическая аппаратура на СО₂ лазерах. Такие хирургические установки применяют в общей хирургии, онкологии и других областях. Установками на основе аргоновых лазеров непрерывного действия с использованием специальных световодов пользуются медики при внутриполостных операциях.

     Актуальностью работы является востребованность широкого спектра возможностей лазерных технологий в общей хирургии, онкологии и  других областях. Основными преимуществами, стимулирующими применение лазеров в медицине, являются радикальность лечения,  снижение сроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшение условий стерильности и т.д.

     В терапии разных болезней широко применяются газовые гелий–неоновые лазеры. Например, положительные результаты получены при лечении трофических язв, ран, воспалительных процессов, некоторых сосудистых заболеваний и в кардиологии. Не вызывает сомнения стимулирующее действие излучения гелий–неоновых лазеров при регенерации и улучшении обменных процессов.

     Целью данной работы является упрощение конструкции  установки, уменьшение её габаритных размеров и обеспечение удобства наведения  луча лазера на нужную точку. 
 
 
 

      Глава 1. Обзор существующих методов и устройств для обработки биологических проб 

1. Методы получения и обработки биологических проб

     Биологическую пробу проводят независимо от объема гемотрансфузионной среды и скорости ее введения. При необходимости переливания  нескольких доз компонентов крови биологическую пробу проводят перед началом переливания каждой новой дозы.

     Перед переливанием контейнер с трансфузионной средой (эритроцитная масса или взвесь, плазма свежезамороженная, цельная  кровь) извлекают из холодильника и  выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин. Допустимо согревание трансфузионных сред в водяной бане при температуре 37°С под контролем термометра.

     Техника проведения биологической пробы  заключается в следующем: однократно переливается 10 мл гемотрансфузионной среды со скоростью 2 – 3 мл (40 – 60 капель) в мин, затем переливание прекращают и в течение 3 мин наблюдают за реципиентом, контролируя у него пульс, дыхание, артериальное давление, общее состояние, цвет кожи, измеряют температуру тела. Такую процедуру повторяют еще дважды. Появление в этот период даже одного из таких клинических симптомов, как озноб, боли в пояснице, чувство жара и стеснения в груди, головной боли, тошноты или рвоты, требует немедленного прекращения трансфузии и отказа от переливания данной трансфузионной среды.

     Экстренность  трансфузии компонентов крови не освобождает от выполнения биологической  пробы. Во время ее проведения возможно продолжение переливания солевых  растворов.

     При переливании компонентов крови  под наркозом о реакции или  начинающихся осложнениях судят по немотивированному усилению кровоточивости в операционной ране, снижению артериального давления и учащению пульса, изменению цвета мочи при катетеризации мочевого пузыря, а также по результатам пробы на выявление раннего гемолиза. В таких случаях переливание данной гемотрансфузионной среды прекращается, хирург и анестезиолог совместно с трансфузиологом обязаны выяснить причину гемодинамических нарушений. Если ничто, кроме трансфузии, не могло их вызвать, то данная гемотрансфузионная среда не переливается, вопрос дальнейшей трансфузионной терапии решается ими в зависимости от клинических и лабораторных данных.

     Биологическая проба, также как и проба на индивидуальную совместимость, обязательно  проводится и в тех случаях, когда  переливается индивидуально подобранная в лаборатории или фенотипированная эритроцитная масса или взвесь.

     Необходимо  еще раз отметить, что контрольная  проверка групповой принадлежности реципиента и донора по системам АВ0 и резус, а также проба на индивидуальную совместимость проводятся трансфузиологом непосредственно у постели реципиента или в операционной. Выполняет эти контрольные проверки только тот врач, который переливает (и он же несет ответственность за проводимые трансфузии).

     Запрещено введение в контейнер с компонентом крови каких–либо других медикаментов или растворов, кроме 0,9% стерильного изотонического раствора хлорида натрия.

     После окончания переливания донорский  контейнер с небольшим количеством  оставшейся гемотрансфузионной среды  и пробирка с кровью реципиента, использованная для проведения проб на индивидуальную совместимость, подлежит обязательному сохранению в течение 48 часов в холодильнике.

     Врач, проводящий переливание компонентов  крови, при каждой трансфузии обязан зарегистрировать в медицинскую карту больного:

     – показания к переливанию компонента крови;

     – до начала трансфузии – паспортные данные с этикетки донорского контейнера, содержащие сведения о коде донора, группе крови по системам АВ0 и резус, номере контейнера, дате заготовки, название учреждения службы крови, # (после окончания трансфузии этикетка открепляется от контейнера с компонентом крови и вклеивается в медицинскую карту больного);

     – результат контрольной проверки групповой принадлежности крови реципиента по АВ0 и резус;

     – результат контрольной проверки групповой принадлежности крови или эритроцитов, взятых из контейнера, по АВ0 и резус;

     – результат проб на индивидуальную совместимость крови донора и реципиента;

     – результат биологической пробы.

     Рекомендуется для каждого реципиента, особенно при необходимости многократных трансфузий компонентов крови, дополнительно к медицинской карте больного иметь трансфузионную карту (дневник), в которой фиксируются все трансфузии, проведенные больному, их объем и переносимость.

     Реципиент после переливания соблюдает в течение двух часов постельный режим и наблюдается лечащим или дежурным врачом. Ежечасно ему измеряют температуру тела, артериальное давление, фиксируя эти показатели в медицинской карте больного. Контролируется наличие и почасовой объем мочеотделения и сохранение нормального цвета мочи. Появление красной окраски мочи при сохранении прозрачности свидетельствует об остром гемолизе. На следующий день после переливания обязательно производят клинический анализ крови и мочи.

     При амбулаторном проведении гемотрансфузии реципиент после окончания переливания должен находиться под наблюдением врача не менее трех часов. Только при отсутствии каких–либо реакций, наличии стабильных показателей артериального давления и пульса, нормальном мочеотделении он может быть отпущен из лечебного учреждения. 

       1.2. Общее применение лазеров 

     1.2.1. История создания лазеров 

     Лазер (от англ. light amplification by stimulated emission of radiation – усиление света посредством вынужденного излучения) – оптический  квантовый генератор – устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую,  химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

     В 1940 г. В.Фабрикантом и Ф. Бутаевой была предсказана возможность использования вынужденного излучения среды с инверсией населённостей для усиления электромагнитного излучения.

     1950 год: А. Кастлер (Нобелевская  премия по физике 1966 года) предлагает  метод оптической накачки среды  для создания в ней инверсной населённости. Реализован на практике в 1952 году Бросселем, Кастлером и Винтером. До создания квантового генератора оставался один шаг: ввести в среду положительную обратную связь, то есть поместить эту среду в резонатор.

     1954 год: первый микроволновой генератор — мазер на аммиаке (Ч. Таунс – Нобелевская премия по физике 1964 года, Дж. Гордон, Г. Цайгер). Роль обратной связи играл объёмный резонатор, размеры которого были порядка 12,6 мм (длина волны, излучаемой при переходе аммиака с возбуждённого колебательного уровня на основной). Весомый вклад в изучение принципов квантового усиления и генерации внесли также советские физики А. Прохоров и Н. Басов (Нобелевская премия по физике 1964 г.). Для усиления электромагнитного излучения оптического диапазона необходимо было создать объёмный резонатор, размеры которого были бы порядка микрона. Из–за связанных с этим технологических трудностей многие учёные в то время считали, что создать генератор видимого излучения невозможно.

     1960 год: 16 мая Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора — лазера. В качестве активной среды использовался рубин (оксид алюминия Al₂O₃ с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объёмного резонатора был использован открытый оптический резонатор. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны в 694,3 нм^[3]. В декабре того же года был создан гелий–неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме (А. Джаван, У. Беннет, Д. Хэрриот). Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света.

     В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих  пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры.

     В 1963 г. Ж. Алфёров и Г. Кремер (Нобелевская премия по физике 2000 г.) разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие лазеры. 

     1.2.2. Устройство лазеров 

     Физической  основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения.  Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей.  В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Это  определяет уникальные свойства квантовых генераторов: высокая  когерентность излучения в пространстве и во времени, высокая  монохроматичность, узкая направленность пучка излучения, огромная концентрация потока мощности и способность фокусироваться в очень малые объемы. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Лазеры создаются на базе различных активных сред: газообразной, жидкой или твердой. Они могут давать излучение в весьма широком диапазоне длин волн – от 100 нм (ультрафиолетовый свет) до  1,2  мкм (инфракрасное излучение) – и могут работать  как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

     Лазер состоит из трех принципиально важных узлов: излучателя, системы накачки  и источника питания, работа которых  обеспечивается с помощью специальных  вспомогательных  устройств. Упрощенная конструктивная схема гелий–неонового лазера показана  на  рисунке ниже.

     Излучатель  предназначен для преобразования  энергии  накачки (перевода гелий–неоновой смеси 3 в активное состояние)  в  лазерное излучение и содержит оптический резонатор, представляющий  собой в  общем  случае  систему  тщательно  изготовленных  отражающих, преломляющих и  фокусирующих  элементов, во  внутреннем  пространстве которого возбуждается и поддерживается определенный  тип электромагнитных колебаний оптического диапазона. Оптический резонатор должен иметь минимальные потери в  рабочей  части  спектра, высокую точность изготовления узлов и их взаимной установки. В лазере, показанном на рисунке, оптический резонатор выполнен  в виде двух параллельных зеркал 1 и 5,расположенных вне активной  части среды 3,которая отделена от окружающей среды колбой  6  разрядной трубки и двумя окнами 2,4 с плоскопараллельными границами, образующими с осью излучения угол  Брюстера. Внешние  зеркала  1  и  5 обеспечивают многократное прохождение  излучения  через  активную среду с нарастанием мощности потока лазерного излучения. Для выхода излучения одно из зеркал делается с отверстием или полупрозрачным.