Laseroterapia
Foton jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero m0 = 0, liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych i są postrzegane jako fala elektromagnetyczna.
W fizyce foton oznacza (φοτος, znaczy światło - gr.) kwant pola elektromagnetycznego, np. widzialnego światła. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne zachowuje się jak zbiór cząstek (fotonów). Światło jest z kwantowego punktu widzenia dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe instrumenty optyczne w astronomii potrafią rejestrować pojedyncze fotony.
W zależności od energii fotonów przenoszone przez nie promieniowanie ma inną nazwę. I tak mówi się (poczynając od najwyższej energii fotonu) o promieniowaniu gamma, rentgenowskim (promieniowaniu X), ultrafiolecie, świetle widzialnym, promieniowaniu podczerwonym (podczerwieni), mikrofalach, falach radiowych (promieniowaniu radiowym). Jednak z fizycznego punktu widzenia wszystkie te rodzaje promieniowania mają jednakową naturę.
W próżni fotony poruszają się z prędkością światła. Nie trafiając na żadne przeszkody mogą przebyć wiele miliardów lat świetlnych.
Kwant energii - (w mechanice kwantowej) porcja energii jaką może pochłonąć lub jaką może przekazać układ w pojedynczym akcie oddziaływania z innym układem (np. atom z fotonem).
W fizyce klasycznej energia może być wymieniana w dowolnych porcjach, w mechanice kwantowej mikroukłady mogą wymieniać energię tylko w porcjach o dozwolonej wielkości.
W 1900 Max Planck podał nowy wzór na rozkład energii promieniowania ciała doskonale czarnego, w celu wyjaśnienia tego wzoru wysunął hipotezę, że energia promieniowania cieplnego wysyłanego przez ciało ma strukturę nieciągłą i może być wysyłana tylko określonymi porcjami. Koncepcja początkowo została poddana krytyce, lecz wkrótce została przyjęta. Hipoteza Plancka jest uważana za początek tworzenia mechaniki kwantowej.
Promieniowanie elektromagnetyczne jest wysyłane i pochłaniane w porcjach (kwantach) energii zależnych od częstości promieniowania ν:
Podstawy fizyczne powstawania światła laserowego
LASER to akronim pochodzący od pierwszych liter angielskiego określenia Light Amplifikatin by Stimulated Emission of Radiation(wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania). Opisuje on jednocześnie zasadę działania lasera.
Wiadomo, że w atomach i cząsteczkach istnieją poziomy energetyczne pozwalające na nieskończoną ilość przejść elektronów. Wynika z tego, że atom może zmienić swoją energię tylko w sposób skokowy, w wyniku absorpcji lub emisji ściśle określonej porcji energii zwanej kwantem.
Przeskok elektronu z orbity położonej bliżej na orbitę dalszą jest możliwy po dostarczeniu do atomu energii(zjawisko absorpcji) . Powstaje wtedy atom z nadmiarem energii- tzw. atom wzbudzony. Elektrony dążą w nim w sposób samoistny(spontaniczny) do powrotu na własną orbitę. Przejście z wyższego poziomu na niższy przebiega z utratą energii, która jest oddawana na zewnątrz w postaci fotonu, czyli kwantu(porcji) promieniowania elektromagnetycznego. Długość fali emitowanego promieniowania jest odwrotnie proporcjonalna do różnicy energii poziomów, pomiędzy którymi odbyło się przejście elektronu( im mniejsza różnica energii, tym dłuższa fala). Przejście takie nazywa się emisyjnym. Emisja promieniowania może mieć również charakter wymuszony. Kiedy wzbudzony wcześniej układ atomowy oświetli się fotonem energii odpowiadającej pożądanemu przejściu energetycznemu, wymusi to emisję ukierunkowanych fotonów o tej samej energii(monoenergetycznych) i identycznych fazach. Ponieważ jeden foton wymusza emisję wielu fotonów, zachodzi proces wzmocnienia światła.
Budowa lasera
Laser składa się z trzech podstawowych elementów:
-ośrodka laserowego, którym może być: gaz, ciecz, ciało stałe lub półprzewodnik
-układu pompującego czyli źródła energii wzbudzenia, które może być: termiczne, elektryczne, radioaktywne lub chemiczne
-komory rezonatora optycznego, w którym dwa równoległe zwierciadła(nieprzepuszczalne-100% odbicie promieniowania i półprzepuszczalne-99% odbicie promieniowania ) odpowiadają za ukierunkowanie emisji promieniowania.
Działanie lasera w kolejnych etapach:
Wzbudzenie atomów ośrodka laserowego pod wpływem dostarczonej energii.
Warunkiem wystąpienia akcji laserowej jest przewaga atomów wzbudzonych energetycznie, co oznacza, że układ atomowy musi zaabsorbować energię świetlną bądź elektryczną. Jest to tzw. pompowanie ośrodka. W ten sposób atomy osiągają wyższy poziom energetyczny. Wzbudzony atom emituje przypadkowo określony(częstotliwość) foton.
Stymulowanie energii fotonów
Wyemitowany foton wymusza emisję takich samych fotonów z kolejnych wzbudzonych atomów ośrodka. Proces przebiega prostopadle do zwierciadła i po odbiciu od niego stale narasta przez co liczba spójnych fotonów rośnie lawinowo.
Emisja promieniowania laserowego
Zjawisko promieniowania następuje gdy wiązka drgających w jednym kierunku promieni jest na tyle intensywna, że dochodzi do uwolnienia energii promieniowania przez półprzepuszczalne zwierciadło.
Promieniowanie laserowe jest emitowane w postaci bardzo mało rozbieżnej wiązki światła co oznacza, że oddalając się od źródła promieniowania średnica wiązki nie ulega istotnej zmianie.
Promieniowanie laserowe wykazuje ponadto charakterystyczne cechy odróżniające je od promieniowania konwencjonalnego.
Wiązka światła jest koherentna, co oznacza, że występuje stały związek fazowy fali:
- spójność czasowa
- spójność przestrzenna (dot. częstotliwości, fazy i kierunku) między dwoma dowolnymi punktami przekroju poprzecznego wiązki. Spójność wiązki stwarza możliwość uzyskania dużej gęstości na bardzo małych powierzchniach oraz precyzyjnego zaprogramowania gęstości energii i głębokości fali świetlnej.
Wiązka światła jest monochromatyczna co oznacza, że jest jednobarwna i charakterystyczna dla sondy laserowej. Posiada jednakową częstotliwość, a zatem i długości fali świetlnej oraz wielkość energii fotonów całej wiązki promieniowania. Nie rozszczepia się w pryzmacie lecz wykazuje jednobarwne widmo liniowe.
Kolimacja- czyli równoległość wiązki promieniowania laserowego. Promieniowanie występuje jako wiązka równoległa, w której wszystkie fotony poruszają się w tym samym kierunku. Taka wiązka może przebyć duże odległości, zachowując pierwotną zwartość. Skolimowanie odróżnia światło laserowe od światła z innych źródeł gdzie promieniowanie rozchodzi się zazwyczaj we wszystkich kierunkach, a jego intensywność maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości od źródła.
Intensywność -czyli moc i gęstość promieniowania laserowego
Wyłącznie z laserów można uzyskać tak duże i dowolnie dobierane gęstości energii i moce promieniowania elektromagnetycznego. Przy czym dawkę promieniowania można odmierzyć i ukierunkować.
Lasery stosowane w medycynie można podzielić według substancji laserujących, długości fali, rodzaju emisji, mocy i konstrukcji.
W zależności od substancji laserującej wyróżnia się lasery:
-gazowe (CO2, ekscymerowe, helowo-neonowe - He-Ne)
-cieczowe(najczęściej barwnikowe)
-na ciałach stałych(rubinowe, krystaliczne typu YAG)
-półprzewodnikowe oparte na diodach(galowo-arsenowych - GaAs)
W leczeniu zachowawczym najczęściej stosuje się laser gazowy He-Ne, którego ośrodkiem czynnym jest atom neonu, a hel jest gazem buforowym. Laser ten generuje światło czerwone widzialne o dług. fali 632,8nm oraz półprzewodnikowy np. GaAs o dług. fali 904nm lub 850nm
W zależności od sposobu emisji promieniowania wyróżnia się lasery:
-z emisją ciągłą- gdzie moc lasera jest jednakowa od włączenia do wyłączenia aparatu. Do biostymulacji używa się obecnie laserów o mocy od 1mW- 400mW
Na podstawową charakterystykę danego lasera składa się:
długość fali emitowanego promieniowania
moc promieniowania( w miliwatach)
rodzaj pracy
-z emisją impulsową- polegającą na wyzwalaniu pojedynczych impulsów lub serii impulsów. Częstotliwość impulsów w seriach może być stała lub regulowana. Do biostymulacji używa się laserów o mocy od 2W- do 50W w szczycie impulsu i częstotliwości od 500Hz do 30 kHz. Dawkowanie mocy w emisji impulsowej rozwiązuje się dzięki możliwości regulowania częstotliwości impulsów. Im większa częstotliwość impulsów tym większa moc średnia emisji impulsowej.
Na podstawową charakterystykę danego lasera składa się:
długość fali emitowanego promieniowania
moc promieniowania w impulsie ( w watach)
rodzaj pracy
czas impulsu
częstotliwość impulsów
W zależności od długości fali dziel się lasery (wg Straburzyńskiego) na pracujące w:
- nadfiolecie ( poniżej 400nm)
- paśmie widzialnym (400-780nm)
- podczerwieni ( powyżej 780nm)
Moc w impulsie = moc szczytowa lasera.
Średnia moc emisji= energię impulsu rozkłada się na czas impulsu i czas przerwy ( jest zawsze znacznie mniejsza od mocy w impulsie)
Średnia moc impulsu- zależy od kształtu impulsu na wykresie. Jeśli impuls ma kształt prostokątny to moc szczytowa i średnia moc impulsu są takie same.
Przy impulsach o kształcie trójkątnym moc średnia impulsu jest o1/2 mniejsza od mocy szczytowej.
Od mocy szczytowej w impulsie zależy głębokość penetracji promieniowania laserowego.!!!
Dawkę promieniowania laserowego wylicza się ze średniej mocy impulsów.!!!
Moc jest niezmienną cechą emisji każdego lasera.
Czas trwania impulsu (timp.) generowany przez większość laserów wynosi 200ns(1ns= jedna miliardowa część sekundy). Obecnie częściej używa się emisji impulsowej gdyż pozwala użyć znacznie większych mocy w impulsie a dzięki regulacji częstotliwości można z tego samego lasera uzyskiwać różne średnie moce emisji.
Przykład: przy częstotliwości impulsów, równej 10.000Hz wypełnienie emisji promieniowania przy czasie imp. 200ns wynosi 0,2%-to znaczy, że przerwa między impulsami jest 500 razy dłuższa od impulsu. Przy częstotliwości 1000Hz przerwa jest 5000 razy dłuższa niż impuls , a przy częstotliwości 100Hz przerwa jest 50.000 razy dłuższa niż impuls. Przykład ten pozwala wyobrazić sobie rozproszenie ciepła między impulsami. Przy takiej emisji stosuje się bezpiecznie impulsy o mocy 50W. Dzięki przerwom nie dochodzi do kumulacji ciepła w tkankach i temperatura nie zostaje zmieniona(cold lasery). Natomiast emisja ciągła podnosi temperaturę tkanek już przy mocy 0,1W/cm2. Jednak temp. tkanek wzrasta miejscowo o ok. 0,5°C dlatego zabiegi laseroterapii nazywane są nietermicznymi.
Parametry lasera potrzebne do obliczenia dawki energii emitowanej i padającej na skórę:
-moc lasera(najważniejszy parametr)
-długość fali
-rodzaj emisji
-częstotliwość impulsów i zakres ich regulacji
-czas trwania impulsu
-geometrię emitowanej wiązki (wielkość plamki)
Wymienione parametry pozwalają dokładnie obliczyć wyemitowaną dawkę promieniowania ale określenie dawki pochłoniętej i działającej w tkankach może być tylko przybliżone ponieważ:
1.Promieniowanie laserowe napotykając skórę ulega częściowemu odbiciu od 20% do 80%. Odsetek zależy od:
-barwy i struktury powierzchni skóry
-odległości głowicy lasera od skóry
-kąta padania na skórę i geometrii wiązki.
Najmniejszy odsetek odbicia i rozproszenia promieniowania laserowego obserwuje się gdy głowica dotyka skóry z lekkim dociskiem, a kąt padania wynosi 90 stopni.
2.Absorpcja i przenikanie promieniowania laserowego
Zależy od długości fali oraz składu chemicznego i budowy tkanki. Woda (90% substancji tkanek) absorbuje promieniowanie laserowa krótsze od 400nm i dłuższe od 1100nm. Pomiędzy tymi wartościami powstaje tzw. „okno optyczne” ,przez które promieniowanie laserowe może przeniknąć do tkanek. W oknie tym hemoglobina pochłania promieniowanie zielone o dług. fali 600nm, a melanina absorbuje pasmo do 700nm. W związku z tym najgłębiej docierają fale z zakresu 700-1100nm (skrajne promieniowanie czerwone i podczerwień IRA. Promieniowanie o tej długości wnika w tkankę na głębokość od 1mm do 2mm jednak ok. 35% jest pochłonięte przez zrogowaciałą część naskórka, dalsze 30%-40% w następnych warstwach a dopiero reszta ok.30% dociera do skóry właściwej i ewentualnie dalej.
3.Dawkowanie energii promieniowania laserowego
Aby wywołać w tkankach efekt biostymulacji, należy doprowadzić odpowiednią ilość energii na jednostkę powierzchni . Zgodnie z prawem Arndta- Schultza , które mówi , że słabe bodźce pobudzają aktywność a silne opóźniają bądź hamują stwierdzono, że najkorzystniej jest działać promieniowaniem, którego energia powierzchniowa wynosi od 0,1J/cm2 do 12J/cm2
Efekty biologiczne oddziaływania laserowego:
wzrost syntezy ATP
zwiększenie ilości DNA i RNA
zwiększenie przepuszczalności błon komórkowych dla jonów wapnia
zwiększenie syntezy kolagenu
wpływ na procesy enzymatyczne
nasilenie wytwarzania białek
wpływ na procesy hormonalne i immunologiczne
Efekty terapeutyczne promieniowania laserowego:
efekt przeciwbólowy
przeciwzapalny
przeciwobrzękowy
wzrost mikrokrążenia
wzrost angiogenezy
ułatwia regenerację nerwów obwodowych
przyspiesza zrost kostny
pobudza do syntezy miocyty
Wzór na obliczanie gęstości energii promieniowania dla powierzchni większej niż punkt(np. skaner lub przemiatanie)
ED=P x t/S(J/cm2)
E- ilość energii (jednostka w układzie SI- dżul-J)
ED- gęstość energii (rozkład energii w przestrzeni)
P- moc lasera (emisja ciągła)
t- czas ekspozycji
S- powierzchnia pola skórnego
Wzór na obliczanie gęstości energii promieniowania dla punktu ( technika punktowa, kontaktowa)
E= P x t(J)
E- ilość energii (jednostka w układzie SI- dżul-J)
P- moc lasera(emisja ciągła)
t- czas ekspozycji
Wzór na obliczanie średniej mocy emisji dla lasera o emisji impulsowej
P= Pi x ti x f (W)
P- średnia moc emisji
Pi- moc impulsu
ti- czas impulsu(200ns=0,000 000 200s)
f- częstotliwość impulsów( w Hz)
Wskazania do laseroterapii |
Przeciwwskazania do laseroterapii |
1. dług. fali 633-680nm -trudno gojące się rany i owrzodzenia( w tym odleżyny) -trądzik pospolity 2. dług. fali 830-980nm -utrudnione zrastanie kości -choroba zwyrodnieniowa stawów -zespoły bólowe w przebiegu dyskopatii lędźwiowej i szyjnej -zapalenia okołostawowe -zespoły przeciążenia tkanek miękkich okołostawowych i mięśni -zapalenia ścięgien, pochewek ścięgnistych,kaletek stawowych -nerwobóle nerwów obwodowych w tym bóle po półpaścu -neuropatia cukrzycowa
|
- choroba nowotworowa -ciąża -miesiączka -uogólnione choroby bakteryjne -gorączka -nadczynność gruczołów dokrewnych - uszkodzenia skóry promieniowaniem UV, RTG i jonizujący terapia cytostatykami, immunosupresyjnymi i zawierającymi arsen - uczulenie na światło i leczenie lekami światłouczulającymi -wszczepiony rozrusznik serca - mastopatia włóknista sutka - niewyrównana cukrzyca Ni wolno wykonywać zabiegów na : - gałkę oczną i okolicę oczodołu -gruczoły endokrynne
|
Wyznaczając liczbę zabiegów należy kierować się rozsądkiem. Przy zwalczaniu bólu efekt powinien się pojawić po 5-7 zabiegach. Serie takie można powtarzać po ok. 14 dniach przerwy. W schorzeniach przewlekłych zaleca się od 10 do 20 zabiegów z częstotliwością od 2 dziennie do 2 na tydzień(różne źródła). Jeśli nie uzyska się minimalnej poprawy po 5 zabiegach należy zweryfikować parametry lub odstąpić od leczenia laserem.
Technika zabiegu:
Metodę kontaktową stosuje się tylko na skórze nieuszkodzonej. Głowica dotyka skóry lekko lub z łagodnym uciskiem powodując płytkie elastyczne zagłębienie. Można też stosować ucisk przerywany tzw. dziobanie.
Metodę bezkontaktową stosujemy w przypadkach ze zmienioną chorobowo skórą. Warstwa powietrza między głowicą a skóra nie powinna być większa niż 0,5cm(ze względu na straty energii)
Zabiegi głowicą labilną- przemiatanie - ruch z prędkością 1cm/s. Zakłada się ,że promieniowanie powinno być rozłożone równomiernie, jak najbliżej procesu chorobowego. Zaleca się obliczenie ile czasu należy poświęcić jednemu centymetrowi, następnie pole zabiegu podzielić na kratki o boku 1-2cm i wypełnić energią. Obecnie używa się skanerów automatycznych.
Zabiegi stabilne- głowica ustalona w jednym punkcie np. punkt bólu tzw. spustowy.
Zabiegi przy użyciu wiązki skupionej i rozproszonej:
Wiązka skupiona ma zwykle średnicę kilku mm i znaczną gęstość mocy(do 500mW/cm2) Stosuje się ją w zabiegach punktowych i ruchomych.
Wiązkę rozogniskowaną lub ze źródła wielopunktowego zazwyczaj o małej mocy (od 0,01 do 1mW/cm2) wykorzystuje się w zabiegach obejmujących większe powierzchnie.
Zasady BHP
1.Urządzenie laserowe powinno posiadać:
zabezpieczenie włączania w postaci kodu lub klucza
obudowę ochronną
dawać ostrzegawczy sygnał świetlny i dźwiękowy podczas emisji fali
posiadać tłumik wiązki laserowej umożliwiający nagłe przerwanie emisji bez wyłączania aparatu
posiadać miernik mocy
2. Pomieszczenie powinno posiadać:
matowe jasne ściany
oznaczenie o promieniowaniu laserowym na drzwiach wejściowych
laser powinien działać w obszarze kontrolowanym przez fizjoterapeutę
3. Pacjent i personel:
powinien posiadać okulary ochronne
nie powinien nosić na sobie przedmiotów błyszczących, odbijających promieniowanie( zegarek, naszyjnik, broszka itp)