Физика лазерного излучения и типы лазеров в косметологии

Источник: krasivo.biz
Автор: Ксения Буянова

Лазерными технологиями в бьюти-сфере сегодня никого не удивишь. Многие клиенты уже знают основные типы лазеров и даже отдельных моделей, которые лучше конкурентов справляются с определенными задачами. Но, как правило, знания ограничиваются только полезными свойствами аппарата – физика лазерного излучения для многих остается непонятной. Попробуем заполнить эти пробелы – рассмотрим подробнее, как устроен лазер, какие аппараты бывают и какие модели стали топовыми в косметологии.

Что такое лазер

Понятие “лазер” – это аббревиатура термина “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (LASER), что в переводе с английского звучит как “усиление света посредством вынужденного излучения”. Словом “лазер” также обозначают аппараты, создающие и усиливающие излучение такого типа. Хотя языком науки их правильно было бы называть “оптическими квантовыми генераторами”.

Все полезные косметологические свойства лазерного излучения основаны на взаимодействии света с кожей и другими мягкими тканями. Поэтому свет – базовый физический фактор, который лежит в основе работы любого лазера и определяет полезные свойства любой процедуры.

Свет представляет собой электромагнитное излучение, которое испускает нагретое или пребывающее в возбужденном состоянии вещество. Оптический квантовый генератор при взаимодействии с электромагнитным излучением усиливает его и преобразует в лазерный луч. Он принципиально отличается от светового луча высокой концентрацией энергии с одинаковой длиной волны в заданную единицу времени.

Важно! Лазерное излучение обладает когерентностью – строго определенными параметрами частоты и фазы в любой точке луча и в любой момент времени. 

Помимо когерентности, излучение любого вида лазера обладает:

• монохроматичностью – одинаковая частота и длина волны электромагнитных колебаний;
• направленностью – минимальная расходимость отдельных лучей в потоке;
• поляризацией – фиксированной ориентацией векторов импульсов в пространстве по отношению к направлению распространения.

За счет сверхмалой ширины светового пучка, постоянства энергии и длины волны лазер способен с экстра-высокой точностью воздействовать на целевые зоны, а результат этого воздействия будет предсказуемым. К примеру, мы можем спрогнозировать глубину проникновения луча в толщу кожи и тип взаимодействия с клетками-мишенями, чтобы сделать процедуру эффективной.

Устройство лазерного аппарата

Для начала рассмотрим, из чего состоит лазер – это даст понимание принципа работы и технических характеристик оборудования. Для получения светового импульса со сверхконцентрацией энергии требуются:

• Активная среда. Подвергается воздействию внешней энергии, обеспечивая оптические переходы возбужденных атомов в фотоны с заданными параметрами (вынужденное излучение). Активной средой лазера могут выступать кристаллы, газы, жидкости, полупроводники, сформированные в стержень.
• Источник энергии (система накачки). Снабжает активную среду внешней энергией, необходимой для возбуждения атомов или молекул. Источником энергии чаще всего становится импульсная лампа или электрические разряды в газовом цилиндре.
• Оптический резонатор. Сложная система зеркал, расположенных параллельно друг другу – частично или полностью прозрачных. За счет перемещения волн от одного зеркала к другому излучение набирает необходимую интенсивность.

Проходя через резонатор, волны усиливают друг друга, при этом не меняя своей фазы. Для устранения нежелательных явлений (светлые пятна, темные узловые линии) используются рассеивающие нити и диафрагмы.

Оптический квантовый генератор – базовый, но далеко не единственный узел, из которых состоит косметологический лазерный аппарат. В корпус заключены элементы охлаждающей системы, электронные платы, контроллеры, датчики, блоки питания и пр. Они обеспечивают бесперебойную работу устройства, защищают от перепадов напряжения, предотвращают перегревание, расширяют функционал.

Важно! Современные косметологические лазеры объединяют возможности квантового генератора и программного обеспечения. 

Интерфейс отображается на большом цветном экране с сенсорным управлением. Работать на современном лазерном оборудовании с каждым днем становится не только проще, но и приятнее.

Принцип работы лазера

До включения аппарата все атомы и молекулы активной среды находятся в состоянии покоя. При включении запускается процесс накачки, который завершается формированием лазерного луча.

Как устроена работа лазера:

1. После запуска аппарата внешняя энергия поглощается активной средой лазера.
2. Электроны активной среды переходят на более высокий энергетический уровень.
3. Возвращаясь на исходную позицию, электроны испускают избыток энергии в виде кванта света, побуждая к этому соседние частицы.
4. Отражаясь от зеркал оптического резонатора, энергия поступает в рабочую среду лазера.
5. Прогрессирует механизм вынужденного излучения с образованием тонкого пучка света.

Так один атом запускает цепную реакцию, вовлекая в процесс вынужденного излучения электрона множество других атомов рабочей среды.

Параметры лазерного излучения

Чтобы эффективно работать с косметологическим аппаратом, мало знать, из чего состоит лазер. Специалист должен разбираться в параметрах лазерного излучения, чтобы правильно выбирать режимы и подбирать индивидуальные настройки.

• Длина волны

Длина волны напрямую зависит от типа активной среды лазера, в характеристиках указывается в нанометрах (нм). В косметологической практике чаще всего используются волны диапазона 532-1550 нм.

Длина волны лазерного излучения напрямую определяет проникающую способность луча и интенсивность поглощения энергии целевыми клетками. Максимальной глубиной проникновения (50-70 мм) обладают световые импульсы ближнего инфракрасного спектра (от 800-2500 нм), минимальной (до 20 мкм) – ультрафиолетовые лучи. Мишенями для косметологических лазеров служат гемоглобин крови, естественный пигмент меланин, искусственные красители татуировок, волосяные фолликулы.

Важно! Зная глубину залегания в коже целевых структур (корни волос, сосуды, пигменты) и проникающие свойства лазера, можно подбирать необходимые параметры прибора. 

Например, неодимовый лазер с длиной волны 1064 нм достигает уровня гиподермы, поэтому может быть использован для работы с участками-мишенями, расположенными в этой зоне.

• Флюенс и мощность

Под флюенсом подразумевается плотность энергии светового потока, под мощностью – количество энергии, переданное за единицу времени. В практике косметолога показатели пересчитываются на единицу площади поверхности кожи и указываются как Дж/см2 или Вт/см2. От флюенса и мощности излучения лазера зависят интенсивность воздействия на мишень и степень выраженности ожидаемого эффекта.

Для решения косметических задач особое значение имеет плотность энергии. Значение должно быть таким, чтобы максимально нагреть целевую зону, но в то же время не спровоцировать ожог и не повредить кожу.

• Длительность облучения

Время, в течение которого излучатель посылает энергию, определяется как длительность облучения. Все современные виды лазеров работают преимущественно в импульсном режиме – отдельными вспышками, от ультракоротких до сверхдлинных. Это позволяет доставить достаточное количество энергии и дать мишени некоторое время на остывание (термическую релаксацию).

Специалист, работающий с лазерной установкой, может изменять этот параметр в зависимости от целей процедуры. Чем короче будет импульс, тем более точечным, но менее выраженным будет результат.

Классификация и типы лазеров в косметологии

Все типы лазеров можно разделить на несколько групп по физическим и техническим параметрам. Итак, какие лазерные установки бывают:

Внедрение лазеров в практику косметологов

Работа первого в мире оптического квантового генератора была продемонстрирована в 1960 году американским физиком Теодором Майманом. Вслед за созданием лабораторных моделей лазеров начался процесс их активного внедрения в разные сферы деятельности. Отцом лазерной медицины принято считать дерматолога Леона Голдмана, который предложил использовать лазерный излучатель для сведения тату.

Долгое время применение лазеров было ограничено из-за нерешенных вопросов безопасности процедур – после сеансов на коже пациентов часто оставались рубцы. Но с начала 1980-х аппараты все чаще используются в практике косметологов для проведения омоложения, эпиляции, борьбы с пигментацией.

С развитием науки на арене косметологического лазерного оборудования осталось несколько фаворитов. Это те виды лазеров, которые доказали свою эффективность и безопасность, обладают избирательностью воздействия и создают прогнозируемые результаты. Сегодня лазерные установки можно встретить как в премиальных клиниках в Москве, так и в провинциальных салонах красоты.

Диодный лазер

Диодный лазер относится к оптическим квантовым генераторам полупроводникового типа. Основным рабочим элементом аппарата выступает диодная матрица, сформированная из необходимого количества сегментов – в соответствии с заявленными параметрами мощности.

Длина волны диодного лазера составляет 808 нм. Она обладает умеренной проникающей способностью и хорошо поглощается естественными пигментами – меланином, эумеланином. Поскольку “диодники” используются преимущественно для эпиляции, высокая поглощающая способность и селективность излучения обеспечивают универсальность аппарата. Он без труда разрушает волосяные луковицы, но в то же время не оставляет ожогов даже на темной коже.

В современных моделях диодных лазеров используются системы эпидермального охлаждения. Чаще всего это сапфировое стекло, выступающее барьером между кожей и рабочей частью манипулы. Частота работы излучателя находится в диапазоне 1-10 Гц, максимальная плотность энергии составляет 120 Дж/см².

Огромным преимуществом лазерных аппаратов данного типа можно считать высокий показатель КПД. Это позволяет производителям создавать относительно компактные устройства, не требующие громоздких источников питания.

Александритовый лазер

Излучателем в лазере выступает кристалл александрит – искусственно выращенный минерал, редкая ювелирная разновидность хризоберилла с примесями хрома и железа. Он обладает особыми свойствами светопреломления и генерирует волны длиной 755 нм.

Благодаря повышенной прочности, химической устойчивости и высокой теплопроводности александритовые стержни удается накачивать на высокие мощности без теплового разрушения. Хотя аппарат может работать в непрерывном режиме, небольшое сечение луча делает более практичным импульсное излучение на высоких частотах.

Среди всех видов лазеров александритовый считается самым дорогостоящим. Причина кроется в трудоемком процессе выращивания кристалла и ограниченным числом компаний, специализирующихся на производстве.

Благодаря необычным свойствам возбужденного состояния александритовые лазеры не только хорошо работают при комнатной температуре, но и увеличивают свою производительность при повышении температурных показателей окружающей среды.

За счет небольшой проникающей способности волны длиной 755 нм аппарат активно взаимодействует с меланином, расположенным в верхних слоях кожи (эпидермис). Пигмент слишком сильно нагревается, что чревато возникновением ожогов. Поэтому в качестве эпилятора александритовый лазер подходит только для работы на светлой коже.

Неодимовый лазер

Твердотельный неодимовый лазер генерирует оптическое излучение за счет квантовых переходов между энергетическим состояниями ионов неодима (Nd), помещенных в диэлектрические кристаллы. Чаще всего в качестве кристалла используется иттрий-алюминиевый гранат, имеющий обозначение YAG. Неодимовые лазеры имеют маркировку Nd:YAG, что как раз отражает особенности рабочего тела излучателя.

Максимальная длина волны аппарата составляет 1064 нм. Соответственно проникающая способность луча высока – он способен работать в коже на глубине до 8 мм, достигая дермы и гиподермы.

Важно! Благодаря специальным насадкам из длины волны 1064 нм можно получить более короткие импульсы – вдвое, втрое, вчетверо короче исходных. 

В косметологических процедурах больше других востребованы параметры 532, 585, 650 нм. Длина волны лазерного излучения 1320 нм идеально подходит для проведения процедур карбонового пилинга.

Основные сферы применения неодима – удаление пигментации с разной глубиной залегания и разных цветов. Регулируя длину волны, удается избавляться как от темного пигмента (черный, темно-синий), так и от пастельных оттенков. В качестве эпилятора аппарат используется в отношении клиентов со всеми типами кожи. Но в плане безопасности уступает диодным, поскольку вероятность оставить на коже ожог сохраняется.

Углекислотный лазер

Углекислотный лазер – представитель газовых квантовых генераторов. Рассмотрим, как устроен лазер, и какие косметологические процедуры позволяет проводить. Активная среда аппарата – газовые смеси с преобладанием углекислого газа (СО2), в состав также могут входить гелий, водород, азот, ксенон и др.

Усиление света происходит за счет вибрирующих переходов молекул активной газовой среды. Длина волны составляет 10 600 нм, отличается высокой мощностью, высоким тепловым воздействием и высокой проникающей способностью. Как и диодные излучатели, углекислотные характеризуются повышенными показателями КПД.

При попадании на кожу мощные лазерные импульсы мгновенно вызывают эффект вапоризации – вначале испаряют влагу, а затем нагревают безводные компоненты тканей.

В косметологии СО2-лазеры используются в импульсном фракционном режиме. Импульсный режим означает, что энергия подается короткими вспышками – это исключает обширные повреждения тканей даже при работе на большой мощности. Фракционный режим подразумевает разделение одного широкого луча на сотни мелких фракций. Они создают строго контролируемую площадь воздействия для решения косметических задач. Основные из них – дермабразия, удаление новообразований, омоложение кожи, лечение постакне.

Эрбиевый лазер

Эрбиевый лазер относится к твердотельным с активной средой в виде иттрий-алюминиевого граната (YAG), легированного ионами редкоземельного металла эрбия (Er). Соответственно лазерный аппарат маркируется как Er:YAG.

Оптическое излучение, которое генерирует эрбиевый лазер, имеет длину волны от 1550 нм до 2940 нм, что соответствует инфракрасной области спектра. Импульсы с такими параметрами хорошо поглощаются водой, содержащейся в мягких тканях, и проникают на глубину всего 1 мкм. Поэтому эрбиевые лазеры используются в косметических процедурах, для которых не требуется (или нежелательно) глубокое проникновение в толщу кожи.

Под действием импульсов наблюдается очень быстрая вапоризация – испарение жидкости и тканей. Процесс происходит без термического повреждения соседних участков, поэтому эрбиевый излучатель еще называют “холодным” лазером. В ходе процедуры глубину проникновения импульса можно регулировать, что позволяет работать с тканями на разных уровнях.

Важно! Интенсивность поглощения излучения эрбиевого лазера в 12-15 раз выше, чем углекислотного. При этом размер зоны коагуляции минимален, что имеет значение при лечении атрофических рубцов.

Основные сферы применения эрбиевых аппаратов в косметологии – лазерная шлифовка, омоложение, общее оздоровление кожи.

В каких процедурах используются лазеры читайте по ссылке.