LASEROTERAPIA
fizyczne podstawy działania laserów
Laseroterapia
dział fizykoterapii (zaliczany do światłolecznictwa) w którym w celach leczniczych wykorzystuje się
promieniowanie laserowe
Promieniowanie laserowe mieści się w zakresie promieniowania optycznego (z dziedziny fal
elektromagnetycznych)
Promieniowanie optyczne 100-15000 nm
Laser: 380-760 nm
Promieniowanie laserowe uzyskuje się wskutek wzmocnienia światła w procesach wymuszonej emisji
promieniowania
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Światła Wzmocnione przez Wymuszoną Emisję Promieniowania
Laser jest generatorem promieniowania, który przekształca dostarczaną energię (np. energię elektryczną)
w energię fal elektromagnetycznych wykorzystując efekt wzmocnienia promieniowania
Przekształcenie i wzmocnienie promieniowania następuje w ośrodku czynnym lasera.
[schemat budowy lasera]
zwierciadło rezonatora, ośrodek czynny, układ wzbudzenia-pompowanie, zwierciadło wyjściowe, wiązka
promieniowania laserowego
Efekt wzmocnienia promieniowania oraz warunkujące je zjawisko emisji wymuszonej zostały opisane
przez A. Einsteina w 1917r.
Po raz pierwszy zjawisko to zaobserwowano w laboratorium J.P.Gordona w 1954r. (MASER)
Pierwszy laser został skonstruowany przez Maimana w 1960r. (laser rubinowy)
Elektrony w atomie zajmują ściśle określone poziomy energetyczne (powłoki)
W trakcie procesu absorpcji cząsteczka pochłania kwant energii promienistej i przechodzi z niższego na
wyższy energetycznie poziom kwantowy.
Emisja spontaniczna
W trakcie procesu emisji (po okresie tzw. czasu życia) uprzednio wzbudzona cząsteczka wysyła
spontanicznie (emisja spontaniczna) kwant energii promienistej oraz przchodzi z wyższego na niższy
poziom kwantowy
Emisja wymuszona
zachodzi gdy na cząsteczkę wzbudzoną do stanu E2 przed upływem czasu t2 padnie promieniowanie
rezonansowe o energii kwantu równej różnicy poziomów energetycznych E=E2-E1
Atom wzbudzony zderza się z fotonem o częstotliwości (Energii) równej różnicy energii między stanem
wzbudzonym a podstawowym
W warunkach normalnych (w stanie równowagi termodynamicznej) ilość cząsteczek w stanie
energetycznie niższym E1 jest znacznie większa od ilości cząsteczek w stanie wzbudzony E2
Inwersja obsadzeń
to stan w którym liczba cząsteczek wzbudzonych (w stanie E2) w danym układzie jest większa od liczby
cząstek w stanie energetycznie niższym (E1)
Pompowanie
proces wyprowadzania układu ze stanu równowagi termodynamicznej
Pompowanie -> wzbudzanie -> relaksacja -> powrót do stanu równowagi
Odpowiednio przeprowadzony proces pompowania doprowadza do inwersji obsadzeń w układzie
Poziomy krótkie przebywania  niestabilny
Poziom długiego przebywania  metatrwałe
Relaksacja (przejście bezpromieniste) przejście elektronu pomiędzy poziomem niestabilnym a
metatrwałym
Pompowanie optyczne  czteropoziomowy schemat pompowania
Pompowanie -> wprowadzanie elektronów na poziomy niestabilne (krótkiego życia) -> przejście
bezpromieniste na poziomy stabilne (metatrwałe, długiego życia) -> emisja wymuszona -> zejście
elektronów z poziomów stabilnych -> akcja laserowa
Promieniowanie generowane w wyniku emisji wymuszonej posiada cechy  bliz
niacze w stosunku do
sygnału wymuszającego
Cechy emisji wymuszonej:
�� monochromatyczność (jednobarwność) promieniowanie ma tą samą częstotliwość co promieniowanie
wymuszające
�� spójność (koherencja) promieniowanie ma tą samą fazę co promieniowanie wymuszające
�� równoległość wiązki (kolimacja) promieniowanie ma ten sam kierunek co promieniowanie
wymuszające
�� intensywność
Monochromatyczność
promieniowanie laserowe charakteryzuje się bardzo wąskim zakresem widmowym (nawet 10-7 nm) w
porównaniu do naturalnych z
ródeł promieniowania: gwiazd, lamp itp.
Spójność
generowane w laserze fale elektromagnetyczne rozchodzą się zachowując tą samą fazę co odróżnia je od
całkowicie niespójnego promieniowania spontanicznego
Promienie spójne mają w danym miejscu stałą w czasie różnicę faz.
Równoległość
mała rozbieżność wiązki. Promieniowanie lasera rozchodzi się w jednym wyznaczony przez oś rezonatora
kierunku.
Kąt rozbieżności wiązki przyjmuje wartości od ułamka miliradiana (dla laserów gazowych i na ciele
stałym) do ułamka radiana (w przypadku laserów półprzewodnikowych)
Monochromatyczność umożliwia dodatkowo selektywne wzbudzanie poszczególnych substancji
chemicznych w tkance w celu stymulacji określonych procesów chemicznych.
Klasyfikacje laserów
Ze względu na moc:
�� lasery małej mocy (miękkie, soft) (1 do 6mW)
�� lasery średniej mocy (średnie, medium) (6 do 500mW)
�� lasery dużej mocy (twarde, hard) (+500 mW)
Lasery małej i średniej mocy to lasaery zimne, biostymulacyjne (nie grzeją)
Lasery dużej mocy to lasery gorące
W zastosowaniach do biostymulacji najpopularniejsze są lasery: półprzewodnikowe, He-Ne, argonowe i
kryptonowe
Laser He-Ne: o długości 632.8 nm
Lasery półprzewodnikowe: najczęściej stosowane są lasery o długościach fali od 630-1000nm i mocy 100-
400 mW pracujące w trybie ciągłym lub impulsowym
Fotobiologiczne efekty oddziaływania promieniowania laserowego na tkanki:
�� fotobiochemiczne (chemiczne, metaboliczna, fotodynamiczne)
�� fotojonizacyjne
�� fototermiczne
Lasery biostymulacyjne wywołują w tkankach efekty fotobiochemiczne
Skutki kliniczne
z obserwacji klinicznych wynika, że promieniowanie laserowe może wywoływać:
�� efekty przeciwbólowe (hiperpolarazyacja błon komórkowych receptorów bólowych, wydzielanie
endorfin)
�� efekty przekrwienne (neoangiogenaza, degranulacja mastocytów i uwalnianie histaminy)
�� przyspieszać procesy regeneracyjne w tkankach
Promieniowanie laserowe -> pochłonięcie przez fotoreceptory -> reakcje biochemiczne
Fotoreceptory tkankowe: aminokwasy, kwasy nukleinowe, melanina, hemoglobina, bilirubina, rodopsyna,
związki sterydowe, itp.
Biostymulacja laserowa -> fotoaktywacja enzymów biorących udział w procesach komórkowych ->
zwiększenie intensywności procesów utleniania komórkowego
Absorpcja fotonu światła przez fotoreceptor (np. oksydaza cytochromowa) -> aktywacja procesów
utleniania w mitochondriach i cytoplazmie komórkowej -> synteza ATP -> zwiększanie aktywności błony
komórkowej -> zwiększenie stężenia i aktywności Ca2+ -> pobudzenie syntezy DNA i ATP ->
proliferacja komórek
Zwiększenie aktywności białek układu dopełniacza błon komórkowych komórek żernych -> zwiększenie
aktywności granulocytów obojętnochłonnych i monocytów
Zwiększenie uwalniania i aktywności substancji biologicznie czynnych
histamina, serotonina -> efekty przekrwienne
prostaglandyny, bradykininy -> efekty przeciwzapalne
endorfiny -> efekty przeciwzapalne
Pobudzenie fibroblastów -> produkcja kolagenu -> ziarninowanie, regeneracja ran
Okienko optyczne skóry  określa długość promieniowania dla którego skóra jest najbardziej otwarta (od
500 do 950 nm).
W biostymulacji stosowane są lasery generujące promieniowanie o długościach leżących w okolicach tzw.
okna optycznego skóry (tj. w zakresie minimalnej absorpcji wody, melaniny i hemoglobiny)
Gwarantuje to maksymalne głębokości wnikania promieniowania do tkanek (ok. 4cm.)
Prawo Lamberta-Beera
promieniowania 830nm wnika najgłębiej do wewnątrz tkanek ok. 5 cm. (promieniowanie podczerwone
krótkoflowe)
promieniowanie czerwone widzialne stosowane bardziej do terapii skórnej (ok.1 do 1,5cm)
Dawkowanie
Dla celów biostymulacyjnych najbardziej optymalne wydają się być dawki w zakresie od 1 do 12 J/cm2
Energia powyżej 16 J/cm2 może być szkodliwa
Dawki słabe: 1-4 J/cm2
Dawki średnie: 5-8 J/cm2
Sawki mocne: 9-12 J/cm2
Dawki małe: ostre stany zapalne, miejsca wrażliwe (twarz)
Dawki mocne: duże stawy, stany przewlekłe
Sposób obliczania dawki
P = E / t
E  energia [J]
P  moc lasera [W] [J/s]
t  czas trwania naświetlania przypadający na 1cm2 [s]
Obliczanie czasu trwania zabiegu Lasery o pracy ciągłej
Przykład:
Zalecana dawka: E = 4 J/cm2
Moc lasera wynosi : 100m W (0.1W)
t = E / P
t = 4 J/cm2 / 0.1 [J/s]
t = 40 s
Czas trwania zabiegu na polu zabiegowym o wielkości 1cm2 w tym przypadku powinien wynosić: 40s
Odpowiednio, w przypadku pola zabiegowego o wielkości np. 5cm2 zabieg wykonujemy 5x40 s = 200s
Lasery o pracy impulsowej
Najpierw należy obliczyć moc średnią promieniowania
Pśr = Pmax * timp * fimp
Pśr  moc średnia
Pmax  moc szczytowa impulsu
timp  czas trwania impulsu
fimp  częstotliwość impulsów
Przykład:
Zalecana dawka: 4 J/cm2
Laser impulsowy o następujących parametrach:
Pmax = 100 W
timp = 200 ns
fimp = 2000 Hz
Obliczanie mocy średniej
Pśr = 100 W * 0,0000002 s * 2000 Hz = 0,04 W (40 mW)
Obliczanie czasu trwania zabiegu:
t = E / Pśr
t = 4 J/cm2 / 0,04 W [J/s] =100s
Zabieg należy wykonywać 100s na pole zabiegowy o wielkości 1cm2
Odpowiednio na pole zabiegowe = 5cm2 zabieg należy wykonywać 500s (8.3 min)
Rodzaje sond stosowanych w laseroterapii:
skaner
Metody wykonywania zabiegów:
�� kontaktowa (dotykowa)
�� bezkontaktowa  sondą punktową lub powierzchniową (w odległości 1-2 cm od powierzchni skóry) lub
przy pomocy skanera
POLA ELEKTROMAGNETYCZNE WIELKIEJ CZ
STOTLIWOŚĆI
Diatermia krótko- i mikrofalowa
Diatermia  rozgrzewanie
 dia  przez
 thermos  ciepło, gorąco
Przegrzewanie tkanek, przegrzewanie głębokie, głębsze niż przy stosowaniu ciepła powierzchniowego
Rodzaje diatermii:
�� krótkofalowe 10-50MHz
�� mikrofalowe >100 MHz
�� ultradz
więkowa
Głębsze i silniejsze rozgrzanie niż w przypadku ciepła stosowanego powierzchniowo
Diatermia krótkofalowa (DKF) i mikrofalowa (DMF)
lecznicze stosowanie niejonizującego promieniowania elektromagnetycznego (PEM) wielkiej
częstotliwości, które w trakcie przechodzenia przez tkanki zamieniane jest na ciepło
Podstawowe działanie DKF i DMF  działanie cieplne
Promieniowanie EM powoduje w tkankach również skutki nietermiczne (pobudzenie aktywności
enzymów błonowych, pompy sodowej itp.)
Częstotliwość zatwierdzone przez FCC dla diatermii krótkio i mikrofalowej oraz dla impulsowego pola
elektormagnetycznego (IPEM)
Częstotliwość MHz Długość fali Rodzaj promieniowania
elektromagnetycznego
13.56 22 m DKF/IPEM
27.12 11 m DKF/IPEM
40.68 7.5 m DKF/IPEM
915.00 33 cm DMF
2450.00 12 cm DMF
Promieniowanie decymetrowe wchodzące obecnie w użycie -> częstotliwość 433-450 MHz -> długa fala
(około 60 cm) -> głębsze rozgrzanie tkanek
Powstawanie ciepła w tkankach pod wpływem DKF zależy od mocy promieniowania
elektromagnetycznego
Rozgrzanie tkanek w zakresie fizjologicznym (37.5  44�C) następuje przy mocy od 38 do 120 W
Pulsujące promieniowanie elektromagnetyczne
Fala o określonej częstotliwości (np. 27.12 MHz) jest przerywana w regularnych odstępach czasu
Pulsujące PEM -> powstawanie ciepła zależy od mocy średniej (Pśr)
Pśr = Pmax * timp * f
Pmax  moc szczytowa w impulsie
timp  czas trwania serii impulsów
f  częstotliwość serii impulsów
Przykład:
Pmax = 800 W
timp = 400 us = 0.0004 s
f = 200 Hz
Pśr = Pmax * timp * f
Pśr = 800 W * 200 Hz * 0.0004 s
Pśr = 64 W
Dawka I
Tuż poniżej progu czucia ciepła: impulsowa DKF -> Pśr ok. 38W
Szybkość rozgrzewania tkanek -> 0.4  0.8 �C/min
Podniesienie temp. tkanek -> 37.5-38.5 �C
Wskazanie -> ostre stany zapalne
Czas trwania zabiegu -> 1-3 min.
Zabiegi wykonywane codziennie przez 1-2 tygodnie
Dawka II
Delikatnie odczuwane ciepło (dawka oligotermiczna): impulsowa DKF -> Pśr. = 38-80 W
Szybkość rozgrzewania tkanek -> 0.8  1.2 �C/min
Podniesienie temp. tkanek -> 38.5  40.0 �C
Wskazanie -> Podostre stany zapalne
czas trwania zabiegu -> 3-5 min.
Zabiegi wykonywane codziennie przez 1-2 tygodnie
Dawka III
Wyraz
nie, przyjemne czucie ciepła: impulsowa DKF -> Pśr. = 80  300 W
Szybkość rozgrzewania tkanek -> 1.2  2.0 �C/min
Podniesienie temp. tkanek -> 40.0  42.0 �C
Wskazanie  póz
ne stany zapalne (faza odbudowy)
Czas trwania zabiegu  5-7 min
Zabiegi wykonywane codziennie przez 1-2 tygodnie
Dawka IV
Silne czucie ciepła, ale dobrze tolerowane: impulsowa DKF -> Pśr >300W
Szybkość rozgrzewania tkanek -> 2.0 -2.7 �C/min
Podniesienie temp. tkanek -> 42.0  44.0�C
Wskazanie  nawracające, przewlekłe zapalenia w okresie remisji
Czas trwania zabiegu  5-7min
zabiegi wykonywane codziennie lub dwa razy w tygodniu, przez okres od 1 tygodnia do 1 miesiąca
Pola magnetyczne i elektryczne indukują się nawzajem
Metoda kondensatorowa:
na tkanki działa przede wszystkim zmienne pole elektryczne. Wartość indukcji magnetycznej niska -> 30-
70 uT
Stosowana kiedy chcemy rozgrzać tkanki elektrycznie.
Pole elektryczne (PE) ciepło powstaje w wyniku ruchu ładunków elektrycznych i tarcia powstającego
między poruszającymi się cząsteczkami.
Sposoby tworzenia poprzez:
�� Polaryzacja jonowa
�� Polaryzacja orientacyjna dielektryków
�� Polaryzacja elektronowa
Stopień rozgrzania poszczególnych tkanek zależy także od sposobu ułożenia aplikatora kondensatorowego
na powierzchni ciała.
Ułożenie poprzeczne
Wskazania: rozgrzewanie okolic stawów, kości
Ułożenie podłużne:
Wskazania: rozgrzewanie mięśnie (np. mięśni przykręgosłupowych w dolegliwościach bólowych
kręgosłupa lędz
wiowego), rozgrzewanie kończyn celem poprawy krążenia obwodowego, rozgrzewanie
nerwów obwodowych
Metoda indukcyjna
Na tkanki działa przede wszystkim zmienne pole magnetyczne
Natężenie pola elektrycznego niskie ok. 130 V/m
Pole magnetyczne (PM)
Przenika łatwo przez tkanki
Indukuje w tkankach prądy wirowe
Duża zawartość elektrolitów -> duża przewodność elektryczne -> większe zagęszczenie prądu -> większa
ilość ciepła
Stopień rozgrzania: mięśnie, krew > tkanka tłuszczowa, skóra, kości
Typy aplikatorów w metodzie indukcyjnej:
�� manoda
�� diploda
Pod aplikatorami przylegającymi do skóry stosuje się ręczniki o grubości przynajmniej 1 cm (oddzielenie
aplikatora od powierzchni ciała, pochłanianie wilgoci ze skóry)
Chłodzenie tkanek wykonywane równocześnie diatermią mikrofalową sprzyja głębszemu rozgrzaniu
tkanek.