LASEROTERAPIA CI
G DALSZY 20.11.2011r.
Wzbudzone atomy mogą również emitować fotony samorzutnie (bez pobudzenia z zewnątrz), przechodząc
do stanów o niższej energii.
Taki charakter ma emisja wszystkich zwykłych z
ródeł światła, które jest promieniowaniem spontanicznym.
Proces ten polega na tym, że atomy substancji, będącej z
ródłem światła, zostają wzbudzone przez
doprowadzenie jej do wysokiej temperatury, jak np. w przypadku żarnika żarówki oświetleniowej.
Wzbudzone w ten sposób atomy wracają w sposób nieuporządkowany (spontaniczny) do podstawowego
stanu energetycznego emitując fotony. Taki rodzaj emisji nazywa się spontaniczną, a będące jej wynikiem
promieniowanie jest niespójne, ponieważ poszczególne atomy emitują fotony niezależnie od siebie.
Wystąpienie akcji laserowej jest uwarunkowane odpowiednią strukturą energetyczną ośrodka czynnego, w
którym akcja ta ma zaistnieć. Jeżeli wez
miemy pod uwagę, że podstawą efektu laserowego jest emisja
wymuszona, to musi istnieć w nim odpowiednia przewaga atomów wzbudzonych energetycznie. Jedną z
metod uzyskania takiego stanu jest tzw. promieniowaniem widzialnym (jest w takim wypadku nazywane
pompowaniem optycznym) lub na pobudzaniu prÄ…dem.
W celu uzyskania akcji laserowej ośrodek czynny umieszcza się w optycznej komorze rezonatorowej.
Rezonator stanowią dwa zwierciadła ustawione prostopadle do osi długiej komory. Dzięki wielokrotnemu
odbiciu promieni od zwierciadeł zwiększa się gęstość promieniowania wymuszającego i długość drogi jego
oddziaływania z atomami ośrodka.
Rys. 3
Schemat budowy i działania lasera (według Klejmana) rys. 3
1. Zwierciadło rezonatorowe
2. Materiał (ośrodek) czynnego lasera
3. Stan podstawowy atomu
4. Stan wzbudzony atomu
5. Foton nieosiowy
6. Fotony poosiowe
7. WiÄ…zka promieni laserowych
8. Światło pompujące
W takiej sytuacji, po osiągnięciu przez ośrodek odpowiedniego stanu wzbudzenia, wystarczy pojawienie się
jednego fotonu, poruszającego się równolegle do osi rezonatora, aby rozpoczął się lawinowo narastający
proces emisji wymuszonej.
Foton ten bowiem wywołuje emisję wymuszoną napotkanych atomów wzbudzonych, a powstały w ten
sposób promień odbija się wielokrotnie od zwierciadeł, oddziałując na inne atomy wzbudzone i wymusza
coraz więcej aktów emisji. W ten sposób powstaje wiązka promieniowania laserowego.
Promieniowanie laserowe wykazuje charakterystyczne cechy odróżniające je od zwykłego promieniowania,
powstajÄ…cego w wyniku emisji spontanicznej.
Cechy promieniowania laserowego:
1. Spójność (zwana również koherentnością).
Ta najistotniejsza cecha promieniowania laserowego wynika z określonej zależności fazowej między
promieniami wychodzącymi z różnych punktów z
ródła promieniowania oraz między dowolnymi punktami
jednego promienia. Zależność fazową, występującą między różnymi punktami z
ródła promieniowania,
nazywa się spójnością przestrzenną, a dotyczącą jednego punktu w różnych momentach czasu - spójnością
czasowÄ….
2. Monochromatyczność
Oznacza to, że promieniowanie laserowe ma prawie jednakową długość fali. Tak np. lasery emitujące
promieniowanie widzialne wysyłają światło praktycznie jednobarwne, o bardzo małej szerokości linii
widmowej, wyznaczającej zakres jego długości fali.
3. Równoległość
Cecha ta wynika bezpośrednio z omówionego mechanizmu powstawania promieniowania laserowego i
polega na równoległości (kolimacji) promieni tworzących wiązkę. Laser jako z
ródło emituje wiązkę już
równoległą. Dzieje się tak dzięki ukierunkowaniu emisji i selektywnemu działaniu rezonatora optycznego.
Kąt rozbieżności wiązki laserowej jest bardzo mały i może być zmniejszony nawet do jednej sekundy
kątowej, co oznacza że wiązka w odległości 1 km od z
ródła rozszerza się o 5 mm. Jest to 10000 razy
mniejsza rozbieżność od uzyskanej przy użyciu najlepszego reflektora światła niespójnego.
4. Intensywność
Wynika ona z wymienionych już trzech cech promieniowania laserowego oraz możliwość wytwarzania
impulsu promieniowania o bardzo krótkim czasie trwania, nawet do ułamków femtosekundy (10-15 sekund).
Pozwala to uzyskać ogromną gęstość energii, wykorzystywaną oczywiście w technologicznych
zastosowaniach lasera.
Lasery dzieli się według rodzaju zastosowania w nich ośrodka czynnego. Mogą to być np.
- lasery gazowe,
- lasery półprzewodnikowe,
- lasery cieczowe,
- lasery z zastosowaniem ciała stałego.
W laserach gazowych ośrodkiem czynnym są atomy gazów, np. helu (He) lub neonu (Ne), molekuły, np.
CO , jony gazów szlachetnych - argonu (Ar), kryptonu (Kr), ksenonu (Xe) oraz pary metali w gazie
2
szlachetnym, jak np. kadm (Cd) w helu (He-Cd). Pompowanie w tych laserach zachodzi przez energiÄ™
wyładowań elektrycznych.
W laserach półprzewodnikowych ośrodkiem czynnym jest złącze półprzewodnikowe (dioda), najczęściej z
arsenku galu (GaAs). Pompowanie jest realizowane przepływem przez diodę prądu elektrycznego.
Do laserów cieczowych zalicza się z kolei tzw. lasery chelatowe oraz barwnikowe. Ośrodkiem czynnym w
tych laserach są ciekłe związki organiczne lub nieorganiczne o charakterze specyficznych kompleksów.
Pompowanie odbywa siÄ™ na drodze reakcji chemicznych lub optycznie.
W laserach z ośrodkiem czynnym w postaci ciała stałego pobudzeniu ulegają atomy domieszek metali w
ciele stałym. Spośród nich wymienić należy lasery z zastosowaniem jako ośrodka czynnego minerału,
będącego granatem itrowo-aluminiowym, który określa się angielskim skrótem YAG (yttrium-aluminium-
gamet). W laserach tych pompowania dokonuje się światłem o dużym natężeniu.
W medycynie lasery znalazły szerokie zastosowanie przede wszystkim w różnych dziedzinach chirurgii, w
okulistyce do fotokoagulacji siatkówki, w stomatologii, onkologii i pulmonologii. Lasery emitujące
promieniowanie o małej mocy znalazły zastosowanie w tzw. biostymulacji. Uzyskiwane efekty wiąże się z
działaniem promieniowania, a nie z jego efektem cieplnym. Stwierdzono bowiem, że promieniowanie takie
nie wywoÅ‚uje podwyższenia temperatury tkanek wiÄ™kszego niż 0,l - 0,5°C. Energia laserów maÅ‚ej mocy jest
ograniczona do kilku mJ/cm2, a moc średnia do około 50 mW. Z tego powodu lasery małej mocy nazywa się
zimnymi (cold lasers).
W biostymulacji znajdują zastosowanie głównie
* lasery helowo-neonowe (He-Ne), które emitują widzialne promieniowanie czerwone = 632 nm
* lasery półprzewodnikowe, w których ośrodkiem czynnym jest zwykle dioda galowo-arsenkowa (Ga-As),
emitują bliskie promieniowanie podczerwone (IR), o długości fali około 900 nm.
Lasery małej mocy z punktu widzenia bezpieczeństwa chorego, określa się jako urządzenia o
nieznamiennym ryzyku terapeutycznym, jednak w trakcie ich eksploatacji obowiÄ…zuje przestrzeganie
przepisów dotyczących tej grupy urządzeń terapeutycznych.
Działanie biologiczne promieniowania laserowego:
* Zależy ono od długości fali emitowanego promieniowania. Nie można jednak tego wpływu na tkanki żywe
rozpatrywać w odniesieniu do działania promieniowania niespójnego o określonej długości fali.
* Najlepiej poznany jest wpływ promieniowania laserowego na komórki żywe. Potwierdzono między innymi
niewątpliwy wpływ promieniowania laserowego na zwiększenie syntezy kolagenu, białek, oraz kwasu
rybonukleinowego (RNA).
* Zmianom ulega również wydzielanie neuroprzekaz
ników, czyli substancji biologicznych, uczestniczących
w przekazywaniu pobudzenia w strukturach układu nerwowego.
* Usprawnieniu ulega również dysocjacja hemoglobiny, co wpływa korzystnie na zaopatrzenie tkanek w tlen.
* Należy sądzić, że w mechanizmach działania na ustrój promieniowania laserowego ważną rolę odgrywają
również zachodzące pod jego wpływem: zwiększenie fagocytozy, syntezy adenozynotrójfosforanu (ATP)
oraz prostaglandyn.
* Korzystny wpływ promieniowania laserowego na leczenie uszkodzeń i stanów zapalnych tkanek miękkich,
w gojeniu ran i owrzodzeń, w leczeniu złamań kości, zwiększenie unaczynienia oraz szybsze formowanie się
kostniny w miejscu złamania, w przewodzeniu nerwów i czynności komórek nerwowych, w ustępowaniu lub
zmniejszaniu bólu, na stan czynnościowy naczyń tętniczych i włosowatych oraz zwiększenie odpływu limfy
z miejsc dotkniętych stanem zapalnym, na zwiększenie zawartości endorfin i prostaglandyn oraz
usprawnienie komórkowych procesów metabolicznych, w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów.
Wskazania do stosowania biostymulacji:
- trudno gojące się rany i owrzodzenia w tym również odleżyny,
- przewlekłe stany zapalne,
- utrudniony zrost kości,
- choroba zwyrodnieniowa stawów,
- zespoły bólowe w przebiegu dyskopatii w lędz
wiowym i szyjnym odcinku kręgosłupa,
- zapalenia okołostawowe,
- zespoły powstałe w wyniku przeciążenia mięśni i tkanek miękkich okołostawowych,
- zapalenie ścięgien, powięzi, pochewek ścięgnistych i kaletek stawowych,
- nerwobóle nerwów obwodowych,
- neuropatia cukrzycowa,
- trÄ…dzik pospolity.
Klasy bezpieczeństwa urządzeń emitujących promieniowanie laserowe
Klasa I  lasery całkowicie bezpieczne.
Klasa II  lasery niecałkowicie bezpieczne (emitują promieniowanie widzialne w przedziale od 400 nm do
700 nm). Ochrona oczu zapewniona odruchem zamykania powiek.
Klasa III A  lasery niebezpieczne w przypadku patrzenia na wiÄ…zkÄ™ laserowÄ… poprzez urzÄ…dzenia optyczne.
Klasa III B  lasery niebezpieczne w każdym przypadku patrzenia na wiązkę laserową padającą
bezpośrednio lub pośrednio na odbitą wiązkę (od powierzchni zwierciadlanych).
Klasa IV  lasery bardzo niebezpieczne dla oczu i skóry od promieniowania bezpośredniego lub
rozproszonego.