Lampy ( termiczne )

1. Źródła światła: • Lampy (termiczne) na ogół wymagają filtrów Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

2. Lampy: a) szerokopasmowe, rozkład Plancka b) lampy selektywne – np. niebieskie – do terapii hyperbilirubinemii i łuszczycy c) lampy „monochromatyczne” – np. Hg – źródło UVC(253,7 nm), „kwarcówka”, Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

3. Diody luminescencyjne (LEDy) • (Light Emitting Diodes) - małe rozmiary - wąskie widmo optyczne • porównanie widma lampy • (filtrowanej z widmem LED) LED lampa - bardzo tanie Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

4. Właściwości promieniowania laserowego - duża intensywność (spektralna i przestrzenna gęstość mocy) - monochromatyczność - kolimacja - spójność - polaryzacja - przestrajalność (lasery barwnikowe, Ti:szafir i diodowe) - możliwość generacji ultrakrótkich impulsów Lasery diodowe umożliwiają akcję laserową głównie w zakresie ok. 650 – 950 nm (choć tzw. lasery niebieskie sięgają też już do ok. 400 nm). Mogą być przestrajane przez zmianę temperatury w zakresie znacznie mniejszym niż lasery barwnikowe. Są za to małe, proste w obsłudze i ekonomiczne, Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

5. N2 N1 N2 N1 E2 E1 N2 > N1 inwersja obsadzeń  Dodatek: Elementarne warunki działania lasera Konieczne spełnienie 2 warunków  Wzmocnienie możliwe gdy: emisja > absorpcja   Emisja promieniowania spójnego możliwa gdy: emisja wymuszona > em. spontaniczna liczba aktów em. wym. liczba aktów em. spont. N2 B21  N2 A21 > B21 > A21 konieczne duże  rezonator Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

6. L Dodatek: Rozwój akcji laserowej ośrodek z inwersją:  < 0 – wzmocnienie R<1 Rezonator pozwala na: • Sprzężenie zwrotne – przejście od wzmacniania • promieniowania spontanicznego do • generacji spójnej wiązki światła 2. Koncentrację energii, spełnienie warunku przewagi emisji wymuszonej B21 > A21 3. Selekcję spektralną (jak w interferometrze F-P) struktura modowa promieniowania laserowego Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

7. Dodatek: przykład konstrukcji wskaźnika laserowego Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

8. Ar+  0,5-2 mm Er:YAG  0,4-0,6 mm Nd:YAG  2-6 mm CO2  0,1-0,2 mm Lasery w medycynie • wybór konkretnego typu lasera zależy od konkretnego zastosowania: • absorpcji tkanek. • światło musi dotrzeć tam, gdzie ma działać (prawo Grotthusa-Drapera) • konieczna transmisja przez tkankę „po drodze” i absorpcja światła „u celu” •  widma chromoforów • Penetracja tkanki przez światło różnych laserów • (głębokość, po jakiej natężenie wiązki spada e-krotnie w typowej tkance miękkiej): Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

9. Znaczenie różnych właściwości światła laserowego • dla zastosowań medycznych • duże natężenie – umożliwia dostarczenie dużej energii do ściśle określonego miejsca •  koagulację, ablację tkanek, • monochromatyczność i przestrajalność – umożliwia selektywne wzbudzanie wybranych chromoforów  inicjację określonej reakcji • kolimacja wiązki laserowej – umożliwia osiągnięcie dużej gęstości energii i dobre zogniskowanie promieniowania (użycie światłowodów) • koherencja – umożliwia silne ogniskowanie, zastosowanie holograficzne metod • krótkie impulsy – zmniejszanie ef. termicznych, • możliwość badania szybkich reakcji biol./chem. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

10. Popularne typy laserów „medycznych”: ekscymerowe (193-351 nm) – głównie do korekcji wad widzenia przez chirurgiczne modyfikowanie soczewki ocznej (zmiana krzywizny przez ablację rogówki) Ar+ (488 i 514,5 nm) – głównie w okulistyce (operacje siatkówki) - znaczenie historyczne – wypierany przez 2 harmoniczną lasera Nd:YAG (532 nm) Nd:YAG (1,064 m) – chirurgia (najczęściej stosowany laser chirurgiczny) Ho:YAG (2,09 m) – chirurgia (ablacyjne operacje prostaty) Er:YAG (2,94 m) – ablacyjna chirurgia kosmetyczna (wygładzanie zmarszczek) CO2 (10,6 m) – chirurgia (działanie głownie koagulacyjne – chyba, że krótkie impulsy), obecnie coraz rzadziej stosowany barwnikowy (równe dł. fali, głównie w obszarze widzialnym) – głównie w terapii fotodynamicznej (PDT), okulistyce i dermatologii Ti:szafir (bliska podczerwień) – głównie w okulistyce, PDT diodowy (niebieski oraz czerwień i bliska podczerwień) – głównie w biostymulacji (low-level laser therapy – LLLT) oraz do wzbudzania profiryny Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

11. Zastosowania chirurgiczne • – wykorzystują przeważnie termiczne działanie światła laserowego (lasery pracujące w bliskiej i średniej podczerwieni wzbudzają oscylacyjne i rotacyjne stany molekuł w tkankach). • Główne zalety lasera w chirurgii: • bezkontaktowe działanie  sterylność, • możliwość zabiegów na dnie oka (światło przechodzi przez przezroczystą soczewkę oczną, absorbowane przez siatkówkę), • precyzja (możliwość ogniskowania do ok. 10m), • bezkrwawość (ważne przy operacjach rozległych obszarów np. mastektomii), • możliwość stosowania bezinwazyjnych technik wziernikowych Ablacja = rozpad tkanek (dysocjacja cząsteczek) w wyniku bezpośredniego rozrywania wiązań i nadania fragmentom energii kinetycznej przez krótkie impulsy światła UV. Bardzo atrakcyjna dla precyzyjnej chirurgii dzięki nietermicznemu działaniu – eliminacja blizn i efektów ubocznych termicznego działania tradycyjnych laserów „chirurgicznych” (np. lasera CO2) Różne skutki działania światła w zależności od długości impulsu laserowego przy zachowaniu tej samej dawki promieniowania świetlnego Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3