Лазерные медицинские системы и медицинские технологии на их основе

Посвящается памяти профессора
Митрофана Федоровича Стельмаха, 
много сделавшего для развития
лазерной медицинской техники 
и технологий в СССР и России

ЛАЗЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ 
СИСТЕМЫ И МЕДИЦИНСКИЕ 
ТЕХНОЛОГИИ НА ИХ ОСНОВЕ

В.П. МИНАЕВ

Четвертое, исправленное и дополненное издание

Â.Ï. Ìèíàåâ
 Ëàçåðíûå ìåäèöèíñêèå ñèñòåìû è ìåäèöèíñêèå òåõíîëîãèè
íà èõ îñíîâå: Ó÷åáíîå ïîñîáèå / Â.Ï. Ìèíàåâ – 4-å, èñïðàâëåííîå è äîïîëíåííîå èçäàíèå – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», 2020. – 360 ñ.
ISBN 978-5-91559-280-2

 ó÷åáíîì ïîñîáèè ðàññìàòðèâàþòñÿ:
- îñíîâû íåëèíåéíîé îïòèêè è ôèçèêè ëàçåðîâ;
- ðàçëè÷íûå òèïû ëàçåðîâ, èñïîëüçóåìûõ â ìåäèöèíå;
- ïðèíöèïû ðàçðàáîòêè ëàçåðíûõ ìåäèöèíñêèõ àïïàðàòîâ è èñïîëüçóåìûõ ñ íèìè èíñòðóìåíòîâ;
- ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ è áèîòêàíåé;
- ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ ëå÷åíèÿ è
äèàãíîñòèêè çàáîëåâàíèé â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ ìåäèöèíû;
- âîïðîñû îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè ïðè ðàáîòå ñ ëàçåðíîé
ìåäèöèíñêîé òåõíèêîé;
- âîïðîñû ðåãèñòðàöèè ëàçåðíîé ìåäèöèíñêîé òåõíèêè è ìåäèöèíñêèõ òåõíîëîãèé.

Ó÷åáíîå ïîñîáèå ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ñòóäåíòîâ è ïðåïîäàâàòåëåé ôàêóëüòåòîâ è êàôåäð áèîìåäèöèíñêîé òåõíèêè è âðà÷åé, èñïîëüçóþùèõ ëàçåðíûå òåõíîëîãèè â êëèíè÷åñêîé ïðàêòèêå.

Ïðåäûäóùèå òðè èçäàíèÿ êíèãè ïîëó÷èëè âûñîêóþ îöåíêó íàó÷íîãî è ìåäèöèíñêîãî ñîîáùåñòâ.

Ðóêîâîäñòâî øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðîôèëüíûìè êàôåäðàìè
âåäóùèõ ðîññèéñêèõ óíèâåðñèòåòîâ.

© 2020, Â.Ï. Ìèíàåâ
© 2020, ÎÎÎ Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-280-2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Глава 1.  ВВЕДЕНИЕ. СВЕТ И ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ. 
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ ЛАЗЕРОВ . . . . . . . .11

Глава 2. ФИЗИКА И ТЕХНИКА ЛАЗЕРОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

2.1.  Основные физические принципы работы лазеров . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.1.1. Спонтанное и вынужденное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.1.2. Инверсная населенность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.1.3.  Положительная обратная связь. 
Оптический резонатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2.1.4. Первый лазер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
2.2.  Свойства лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2.2.1. Расходимость излучения. Пространственная 
когерентность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2.2.2.  Спектр излучения. Временная когерентность. 
Однородное и неоднородное уширение линии 
люминесценции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
2.3.  Оптические резонаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.3.1. Резонатор и характеристики лазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.3.2.  Принцип Гюйгенса-Френеля. Интеграл 
Френеля-Кирхгофа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.3.3.  Собственные функции и собственные типы колебаний . . . . .47
2.3.4. Резонаторы Фабри-Перо. Метод Фокса-Ли . . . . . . . . . . . . . . . .50
2.3.5. Симметричный конфокальный резонатор . . . . . . . . . . . . . . . . .52
2.3.6.  Резонаторы с произвольными сферическими зеркалами . . .55
2.3.7. Диаграмма устойчивости резонаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.3.8.  Неустойчивые резонаторы (геометрическое 
приближение) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
2.3.9.  Влияние активной среды на свойства резонаторов . . . . . . . . .62
2.4.  Балансные уравнения для расчёта лазерных характеристик . . . . . .65
2.4.1. Уравнения для интенсивности излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
2.4.2.  Уравнения для инверсной населенности. 
Трехуровневая схема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
2.4.3. Четырехуровневые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
2.5.  Различные режимы работы лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

Оглавление

2.5.1. Непрерывный режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
2.5.2. Лазеры с накоплением инверсной населенности . . . . . . . . . . .78
2.5.3. Лазеры с пассивными затворами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
2.5.4. Лазеры с накоплением инверсной населенности 
и непрерывной накачкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
2.5.5. Лазеры с накоплением интенсивности излучения 
(режим разгрузки резонатора) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
2.5.6. Режим синхронизации мод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
2.6.   Устройства для пространственной и временной модуляции 
лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
2.6.1. Естественная анизотропия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
2.6.2. Электрооптический эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
2.6.3.  Вращение плоскости поляризации, 
магнитооптический эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
2.6.4.  Акустооптический эффект и его использование 
в лазерной технике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
2.6.5 Сканирующие системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2.7.   Нелинейные оптические явления и их использование 
в лазерной технике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.7.1. Генерация оптических гармоник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.7.2. Параметрические генераторы света  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.7.3. Вынужденное комбинационное рассеяние . . . . . . . . . . . . . . 110
2.8.  Типы лазеров, применяемых в медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.8.1. Твердотельные лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.8.2. Полупроводниковые лазеры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
2.8.3. Волоконные лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.8.4. Газовые лазеры на нейтральных атомах . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
2.8.5. Молекулярные газовые лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
2.8.6. Ионные газовые лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2.8.7. Эксимерные лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
2.8.8. Лазеры на парах металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
2.8.9. Лазеры на органических красителях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Глава 3.  ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 
С БИОТКАНЯМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163

3.1.   Распространение света в биотканях. 
Спектры поглощения и рассеяния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
3.2.  Действие излучения на биоткани . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3.2.1.  Фотодинамичеcкий эффект, флюоресценция
биотканей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3.2.2. Тепловые эффекты при воздействии
лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
3.2.3. Обратимая потеря упругости хрящей при нагреве . . . . . . . 182
3.2.4.  Процессы, происходящие при эндовенозной 
лазерной коагуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.2.5. Другие применения неабляционного воздействия 
на биоткани. Использования фракционного 
фототермолиза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Оглавление

3.2.6. Воздействие лазерного излучения 
на жировые клетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
3.2.7. Особенности контактного воздействия на биоткани . . . . . . 191
3.2.8. Влияние временных параметров лазерного излучения 
на характер воздействия на биоткани . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
3.2.9. Абляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.2.10. Зависимость характера воздействия на биоткани 
от параметров излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
3.2.11. Зависимость характера воздействия на биоткани 
от параметров излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Глава 4.  ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ 
МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

4.1.   Структурно-функциональная схема лазерного аппарата. . . . . . . . 210
4.2.  Устройства доставки лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Дополнение к разделу 4.2. 
Волоконные световоды для среднего и дальнего ИК диапазонов . . . . . 218
4.3.  Устройства контроля и управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
4.4.   Способы воздействия лазерным излучением на ткани 
и инструменты для их осуществления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
4.5.   Вспомогательные инструменты и приспособления . . . . . . . . . . . . . 226

Глава 5.  ЛАЗЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И АППАРАТУРА 
ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

5.1.   Лазерная аппаратура, выпускаемая для хирургии 
и силовой терапии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
5.1.1. 10,6 мкм –  аппараты на основе CO2-лазеров . . . . . . . . . . . . 232
5.1.2. Аппараты с длиной волны излучения 0,8–1,1 мкм . . . . . . . 235
5.1.3. Аппараты, работающие в видимом спектре . . . . . . . . . . . . . 242
5.1.4. Аппараты, работающие в диапазоне 1,3–1,7 мкм . . . . . . . . 245
5.1.5. Диапазон 2 мкм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
5.1.6.  Диапазон 2,9 мкм –  максимальное поглощение в воде . . . 249
5.1.7. Аппараты, работающие в УФ диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
5.1.8. Диапазон 6,1–6,5 мкм –  новые возможности . . . . . . . . . . . . 251
5.1.9. Двухволновые аппараты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
5.2.   Лазерные технологии в хирургии и силовой терапии . . . . . . . . . . . 256
5.2.1. Применение лазеров в онкологии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
5.2.2. Лазерные технологии в оториноларингологии . . . . . . . . . . . 261
5.2.3.  Лазерные технологии в лечении сосудистой патологии . . . 267
5.2.4. Применение лазеров в кардиологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
5.2.5. Лазерные технологии в дермато-косметологии . . . . . . . . . . 276
5.2.6. Использование лазеров в стоматологии . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
5.2.7.  Применение лазерного излучения в гинекологии 
и проктологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
5.2.8. Лазерные технологии в урологии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
5.2.9.  Применение лазеров в лечении опорно-двигательного 
аппарата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

Оглавление

5.2.10. Применение лазеров в нейрохирургии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
5.2.11. Применение лазеров в общей хирургии . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
5.2.12. Лазерные технологии в лечении туберкулеза . . . . . . . . . . . . 300
5.3.   Лазерные технологии в офтальмологии и аппараты 
для их осуществления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
5.3.1. Особенности анатомического строения глаза . . . . . . . . . . . . 302
5.3.2. Лазерные технологии в офтальмологии . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
5.3.3. Лазерная аппаратура для офтальмологии . . . . . . . . . . . . . . . 310
5.4.   Низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ) и аппаратура 
для ее осуществления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

5.4.1.  Воздействие низкоинтенсивного лазерного излучения 
на биообъекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
5.4.2.  Аппаратура для низкоинтенсивной лазерной терапии . . . . 318
5.5.   Методы и аппаратура для лазерной диагностики. . . . . . . . . . . . . . . 322
5.6.   Примеры других лазерных технологий медицинского
назначения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
5.6.1. Лазерная биоинженерия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
5.6.2. Лазерные технологии в медицинской 
промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

Глава 6.  ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЛАЗЕРНОЙ АППАРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

6.1.  Техника безопасности при работе с лазерами. . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
6.1.1. Особенность воздействия лазерного излучения 
на органы зрения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
6.1.2. Воздействие лазерного излучения на кожу . . . . . . . . . . . . . . 340
6.1.3. Нормативные документы по лазерной безопасности . . . . . 341
6.1.4. Средства защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
6.1.5. Вторичные факторы воздействия лазерного излучения . . . 347
6.2.  Общие вопросы разработки и внедрения медицинских 
техники и технологий. Сертификация и внедрение разработок 
в медицинскую практику  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
6.2.1. Основные этапы разработки и внедрения 
медицинской техники  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
6.2.2. Лицензирование производства медицинских изделий . . . . 354
6.2.3. Регистрация медицинских технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Глава 7.  ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

ПРЕДИСЛОВИЕ

Создание лазеров в 60-х годах ХХ столетия привело к революционным изменениям во многих областях человеческой деятельности. К одной из 
этих областей относится и медицина. Лазерное излучение оказалось уникальным инструментом, позволившим расширить возможности врачей в части диагностики и лечения различных заболеваний. Колоссальные успехи лазерной науки и техники сопровождались быстрым внедрением лазеров в медицинскую 
аппаратуру, улучшением ее эксплуатационных свойств, разработкой новых 
медицинских технологий, основанных на использовании лазерного излучения. 
Растет выпуск разнообразной лазерной аппаратуры, благодаря чему лазерные 
медицинские технологии находят все более широкое применение в медицинской практике.
Большой выбор рабочих длин волн и временных режимов работы позволяет в широких пределах менять характер воздействия лазерного излучения на 
биологические объекты, выбирая оптимальный для решения конкретных медицинских задач. В то же время, несущественные на первый взгляд изменения 
параметров излучения могут серьёзно сказаться на результатах. Весьма плодотворным оказывается перенос подходов из одной области медицины в другие. 
В связи с этим, необходимым условием успешного использования лазерных 
медицинских аппаратуры и технологий и, особенно, их разработки требует знания физических процессов, происходящих в лазерах, технических особенностей 
различных типов лазеров, принципов построения лазерных медицинских аппаратов, используемого с ними инструментария. Эффективное использование 
лазерного излучения в качестве инструмента врача невозможно без понимания 
физических и физиологических процессов, происходящих при взаимодействии 
лазерного излучения с биообъектами и после воздействия лазерного излучения.
На получение основ этих знаний и направлен настоящий курс написанный 
на основе опыта чтения автором лекций в рамках дисциплины «Лазерные медицинские системы», на факультете Биомедицинской техники МГТУ им. Н. Э. Баумана, а также в рамках физических разделов тематических курсов повышения 
квалификации врачей. Он предназначен прежде всего студентам и выпускникам технических ВУЗов, готовящих специалистов по разработке и применению 
лазерной медицинской техники и технологий, а также медицинской физике. Он 
будет полезен (за исключением инженерной части раздела II) студентам медицинских ВУЗов и врачам, интересующимся использованием лазерных медицинских технологий.

Предисловие

Настоящий курс преследует следующие цели:
1. Дать представление о развитии фотомедицины и методов лечения, основанных на использовании лазерного излучения в мире, СССР и России, представить классификацию медицинских применений лазеров.
2. Познакомить с принципами работы лазеров, основными характеристиками лазерного излучения.
3. Показать, чем определяются пространственные, спектральные, энергетические и временные характеристики лазерного излучения, каким образом 
и в каких пределах можно эти характеристики изменять.
4. Познакомить с особенностями и возможностями лазеров, работающими 
на различных активных средах, способах преобразования лазерного излучения 
методами нелинейной оптики, методами инженерной оценки характеристик 
лазеров.
5. Познакомить с принципами построения лазерной медицинской аппаратуры, устройствами транспортировки лазерного излучения и инструментами, 
обеспечивающими различный характер воздействия на объекты.
6. Дать представление о физических и биофизических процессах, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с биообъектами и после этого 
взаимодействия, показать, как изменяя характеристики лазерного излучения 
можно влиять на результат воздействия.
7. Показать, каким образом возможности лазерного излучения реализуются 
конкретными медицинскими технологиями в различных областях медицины.
8. Познакомить с принципами и нормативной базой организации безопасной работы с лазерным оборудованием.
Предполагается, что данный курс позволит ознакомившемуся с ним решать 
задачи разработки и грамотной эксплуатации лазерной медицинской техники, 
а также создания и использования лазерных медицинских технологий, и при 
необходимости самостоятельно углубленно изучить проблему по приведенной 
в курсе специальной литературе.
Автор выражает глубокую признательность доценту кафедры БМТ-1 
МГТУ им. Н.Э Баумана Г. Н. Змиевскому за плодотворные обсуждения и предложения.
Предыдущее (третье) издание книги в 2018 году было удостоено звания 
«Лауреат конкурса ЛАС 2018 года» в номинации «Монографии, учебные пособия, справочные и научно-популярные издания лазерной тематики». Конкурс 
организован Международной научно-технической организацией «Лазерная ассоциация».

ВВЕДЕНИЕ
СВЕТ ИЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 
ВМЕДИЦИНЕ. 
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ 
ПРИМЕНЕНИЙ ЛАЗЕРОВ

Солнце является самым мощным природным источником электромагнитного излучения, в частности света, воздействующим на Землю. Формирование всего живого на Земле происходило под его непосредственным 
влиянием.
Благоприятное воздействие солнечного излучения на здоровье человека, 
профилактику заболеваний, процесс выздоровления при различных заболеваниях и ранениях были известны еще на заре человечества. Недаром Солнце почиталось одним из божеств большинством народов. О благотворном влиянии 
солнечного света можно найти упоминания у Геродота и Гиппократа.
Авиценна (980–1037) в своем «Каноне медицины» рассматривал свет как 
важный фактор диагностики и терапии. Он указывает, что цвет является наблюдаемым симптомом болезни, установил, как цвет кожи соотносится с температурой тела и состоянием организма. Он считал, что красный свет ускоряет 
кровь, белый или голубой охлаждает ее, а желтый подавляет мышечную боль 
и воспаления.
С приходом монотеистических религий Солнце было развенчано и лечебное действие света попало в разряд ереси, поскольку грехом считалось забота 
о теле и появление обнаженным. Однако по мере развития науки понимания 
природы физики света возродило интерес к его медицинским применениям 
в XIX столетии. Тем более, что к тому времени физики заметно продвинулись 
в изучении природы и свойств света.
Характеристики солнечного излучения с учетом его фильтрации в атмосфере считаются базовыми с точки зрения взаимодействия света с биологическими объектами. Соответственно выделение оптического диапазона длин волн 
электромагнитного излучения связанно именно с восприятием его глазами.
На рис. 1.1 представлена шкала электромагнитных волн.
На этом же рисунке представлены энергии фотонов, преобладающие виды 
возможного воздействия излучения на вещество, а также связи в органических 
веществах и соответствующие им значения энергий.
В настоящее время к оптическому диапазону принято относить электромагнитные волны с частотами от 1012 до 1016 Гц, или, в длинах волн, от 0,1 
до 30 мкм (в длинноволновой области, по различным классификациям, возможны вариации граничных значений). В свою очередь, оптический диапазон 
подразделяется на видимую часть спектра (400 … 760 нм), ультрафиолетовый 
(менее 0,4 мкм) и инфракрасный (более 0,78 мкм). Сами УФ и ИК диапазоны, 

Г Л А В А
1

Глава 1. Введение

Рис. 1.1.   Шкала электромагнитных волн и виды взаимодействия с веществом (УФ – ультрафиолетовое излучение, ВС –  видимый свет, ИК –  инфракрасное излучение, 
ТГц –  терагерцовый диапазон частот, КВЧ –  крайне высокие частоты, радиодиапазона, СВЧ –  сверхвысокие частоты радиодиапазона [1].

Рентгеновское
излучение
γ-излучение
УФ

ИК-А

ИК-В

ИК-С

УФ-С

УФ-С

УФ-А

ВС
ИК
ТГц
КВЧ
СВЧ

Преимущественный тип взаимодействия с веществом

Ионизация
Диссоциация

Электронное возбуждение
Возбуждение колебаний
и вращения молекул

Фиолетовый

Синий

Зеленый

Желтый

Оранжевый

Красный

0,1
0,2
0,28

12,4
6,2
4,4
3,1

(11,1)
(6,3)
(4,4)
(3,1)

2,5
2,1

(2,5)
(2,1)

0,315
0,4
0,49
0,45
0,56
0,58
0,63
0,7

1,77
1,55
1,24
0,25

1,24
0,25
1,77
1,55

0,78
1,4 3,0 5,0
30,0
300,0 λ, мкм

С-H
С=O
С=C
С-C
С-N
Энергия фотона, эВ
Тип связи

Энергия связи, эВ

в свою очередь, дробятся на вакуумный УФ, или UV–C (0,1 … 0,28 мкм), жесткий УФ или UV-B (0,28 … 0,315 мкм) и мягкий УФ, или UV-A (0,315… 0,4 мкм); 
ближний ИК-А (0,78 …1,4 мкм), средний ИК-В (1,4 … 3,0 мкм) и дальний ИК-С 
(>3,0 мкм).  Указанные границы диапазонов соответствуют международной 
классификации.
Начало научного периода фотомедицины можно отнести к 1831 г., когда 
Брайн показал, что солнечный свет, и даже свет свечи проходит через голову 
пациента, больного гидроцефалией [1]. Таким образом, появилась возможность использования света для диагностики.
В 1878 г. Американец Эдвин Д. Баббитт опубликовал книгу «Принципы 
света и цвета» [2], в которой рассматривал влияние света и цвета на здоровье человека. В этой же книге он приводит ссылку на заметку Огастеса Барнса 
в «Нью-йоркском вестнике здоровья», в которой описывается использование 
сфокусированного солнечного света для удаления кожных образований и перечисляются преимущества света как скальпеля. Попутно О. Барнс отмечает, 
что до этой заметки он 38 лет изучал гигиенические свойства света.
Цитата заслуживает того, чтобы привести ее целиком:
«Я могу излечивать раковые опухоли на ранних стадиях, обычные опухоли 
naevus maternus или родимые пятна. Их цвет –  красный, черный, пурпурный, 
коричневый или любой другой –  не имеет значения, как неважно и то, покрывает ли пятно пол лица или выступает крупным буграми. Все это я устраняю 
с помощью линзы и обычных солнечных лучей, не проливая ни капли крови 

Глава 1. Введение

и оставляя на короткое время лишь небольшой шрам. Эта операция гораздо 
менее болезненна, чем обычное хирургическое вмешательство. Некрасивые 
родимые пятна, уродующие лица многих людей, вполне могут быть удалены, 
оставляя лицо чистым, каким его задумывала природа, и никогда не появятся 
вновь. Это лечение не вызывает никаких побочных эффектов, а солнечные лучи 
не содержат никаких неорганических или химических ядов.
Преимущества солнечного света перед всеми 
прочими химическими лекарствами и скальпелем.
1. Не калечится ни единый орган, им никогда не 
проливается ни единая капля крови. Солнечные лучи 
так прижигают артерию или вену, что почти мгновенно прекращают кровотечение.
2. Впоследствии нет необходимости в перевязках, за исключением раковых опухолей.
3. Отсутствуют побочные эффекты, вызванные 
отравлением, поскольку солнечные лучи не ядовиты.
4. После заживления не остается никаких шрамов, краснота же исчезает в течение шести месяцев.
5. Те, кто подвергался обоим видам лечения, говорят, что не испытывают под лучами солнца и половины той боли, которая характерна для другого 
способа.
6. Больному нет нужды удаляться от дел.
7. В ходе операций не бывает потери сознания.
8. Крайне редко применяются анестезирующие средства.
9. Быстротечность и устойчивый эффект лечения, а также простота самой 
операции просто замечательны. Ее ход легко контролируется, и оператор может осуществлять прижигания как на значительную глубину, так и лишь касаться поверхности кожи, разрушая только эпидермис, а также прекращать 
прижигание в любой момент по собственному 
усмотрению.
10. Лечебное средство всегда под рукой, где 
только светит солнце, не требует никаких приготовлений, никакого измельчения и смешивания 
компонентов. Оно всегда наготове и совершенно бесплатно.
Вдобавок ко всему выше сказанному следует помнить, что синий свет выступает уравновешивающим фактором при избытке красного 
или наличии воспалительного процесса, тогда 
как желто-оранжевый является мощным животворным фактором при затвердевших опухолях, 
прочих хронических недугах, и поэтому синяя 
и желто-оранжевая хромолинзы, описание которых приводится ниже, в отдельных случаях 
превосходят бесцветную.»

Эдвин Д. Баббитт
(1828-1905).

Глава 1. Введение

Таким речь идет сразу о хирургическом и терапевтическом использовании света.
Следующим шагом в развитии фотомедицины в части терапевтического применения света стали работы 
датского ученого Нильса Рюберга Финзена (Niels Ryberg 
Finsen), создавшего –  в 1896 г. в Копенгагене Институт 
световой терапии. В 1903 г за работы по изучению действия ультрафиолетового излучения на организм человека Финзен был удостоен Нобелевской премии по 
медицине.
Он показал, что ультрафиолетовое излучение обладает лечебным эффектом, в частности при туберкулезе кожи и нагноении во время заболевания оспой. Он 
предложил оригинальную конструкцию лампы, позволявшую использовать в медицинских целях электрическую дугу (лампа Финзена). В дальнейшем ультрафиолетовое излучение получило широкое распространение в медицине и для целей стерилизации.
В 1898 г. студентом-медиком Оскаром Раобом 
(O. Raob), работавшим под руководством Германа 
фон Таппайнера (Herman von Tappeiner), при исследовании действия акридина на простейших был 
открыт эффект цитотоксического воздействия сочетания химического вещества и света [3]. Этот эффект заключался в том, что при облучении раствора 
красителя дневным светом, погибали присутствовавшие в том же растворе микроорганизмы paramecia. 
При отсутствии облучения гибели клеток не происходило. В свою очередь, при отсутствии красителя 
не действовал свет. О. фон Таппайнер и А. Йодлбауер (A. Jodlbauer) для описания открытого феномена 
в 1907 г. ввели термин «photodynamishe Wirkunge» – 
фотодинамический эффект. Впервые фотодинамическое действие света для лечения рака кожи 
было описано О. фон Таппайнером и А. Сесионеком 
(A. Sesionek) в 1906 г. В качестве фотосенсибилизатора они использовали эозин. 
Революционный скачок в развитии фотомедицины произошел с созданием 
лазеров, открывших новые возможности использования воздействия оптического излучения на биоткани. С появлением лазеров появились возможности 
осуществления воздействия на биологические объекты, не имеющие прецедентов в природе. Прежде всего, никакой ранее известный источник не давал 
столь высокой направленности излучения, позволяющей сфокусировать его на 
объекте в пятно малого размера с целью осуществления теплового рассечения 
биоткани. Лазеры позволяют получать импульсы излучения с весьма малыми 
длительностями (до 10–14 с), то есть осуществлять короткие воздействия с высокими уровнями мощности. Появилась возможность концентрации заметной 

Нильс Рюберг Финзен
1860-1904.

Герман фон Таппайнер.