Dipartimento di Fisicaa.a. 2004/2005

Fisica Medica 2

Laser in medicina

28/2/2004

LaserSviluppo moderne tecniche di comunicazione

fasci molto intensi di onde radio coerenti in bande di frequenza molto collimate

• MASER: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation

• LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Perché possano funzionare occorre:- inversione di popolazione tra livelli energetici

- emissione stimolata di fotoni coerenti

Emissione stimolataDue livelli energetici

ν

ν

ν = (E2 – E1) / h

νE1

E2 ν ν

due fotoni coerenti

fenomeno statistico in condizioni normaliNecessità sovrappopolare il livello più alto (E2)Un solo fotone incidente più dare inizio ad una reazione a catena

producendo tutti fotoni della stessa frequenza

parete completamente

riflettente

parete riflettente al

99%

Stato E1

Stato E2

Effetto pulsato

“pompa di energia”

inizio emissione accumulo fotoni coerenti

riflessione fotoni accumulati

emissione (1%)

Radiazione continuaLaser ad elio - neon (632.8 nm)Passaggio dell’He dallo stato 1s allo stato metastabile 2s

Quando l’He urta il Ne

- decadimento dell’He nello stato fondamentale - salto del Ne allo stato 4s

E (eV)

Elio Neon

emissione laser 4s → 3p

emiss. laser

Apparato laser

stimolando l’emissione di fotonicontinua ad eccitare gli atomi di Cr

Laser a rubino (cristallo Al2O3) con Cr diffuso

Lampada flash con inneschi sucessivi

emissione mono

cromatica!(stessa λ)

Spettro ottico

infrarosso lontano3 µm < λ < 1 mmIRCinfrarosso medio1.4 µm < λ < 3 µm IRBinfrarosso vicino780 nm < λ < 1400 nmIRA

visibile400 nm < λ < 780 nmotticaultravioletto vicino315 nm < λ < 400 nmUVAultravioletto medio 280 nm < λ < 315 nmUVB

ultravioletto lontano100 nm < λ < 280 nmUVCNome comuneLunghezza d’ondaBanda

UVA vengono assorbiti dal cristallinoUVB e UVC sono assorbiti in cornea e congiuntiva

Rischi retinici nel visibile e nel vicino infrarosso

r = 8 mm

pupilla

lente biconvessa 10mm, rp = 6 mm n = 1.44

n =1.33

n =1.33

focalizzazione dei raggi luminosi

tessuto nervoso fotosensibile

trasmettitore impulsi nervosi al cervello

Occhio

Effetti della luce laser• Tempo di applicazione• Potenza• Lunghezza d’onda•Modo di emissione (pulsato o continuo)• Assorbimento, riflessione e trasmissione tessuti

CO2 fortemente assorbito dall’acqua(incisione per vaporizzazione)

Ar fortemente assorbito dal pigmento ematico(autocoagulazione per rottura globuli rossi e piastrine)

OftalmologiaCura distacco

della retinaimpulsi brevi

concentrati in un fascio di 50 µm

Fotocoagulazionesu aree

microscopicheCorrezione della miopiaablazione molto precisa della superficie della cornea modificandone il raggio di curvatura

Chirurgia e dermatologiaInterventi precisi di “resezione”

ginecologiagastroenterologiaurologia

Come con il bisturi elettrico taglio/coagulazione mediante azione del calore

Terapia in profonditàeffetti termici, chimici, elettromeccanicinon vi sono solo effetti diretti sull’occhio

protezione del paziente e degli operatori!

Utilizzo in medicina

allineamento laser11 mW632.8He-Ne

dermatologia oftalmologia2503 J

(in 30 s)694.4Rubino (Al2O3)

gastroenterologia30070 W1064.0Nd-YAG

oftalmologia1001 W647.1Kr

oftalmologia gastroenterologia1003 – 10 W488 - 514.5Ar

ginecologia75025 W1060.0CO2

ApplicazioneDiametro medio (µm)

Potenza media λ (nm)Tipo di

laser

visibile infrarosso

Definizioni di classe

Laser pericolosi anche per riflessioni diffuse (danni alla pelle e pericolo d’incendio)Classe 4

Radiazioni nel visibile con potenza fino a 500 mW(emissione continua: pericolo riflessione diretta)Classe 3B

Radiazioni nel visibile con potenza tra 1 e 5 mWClasse 3A

Radiazioni nel visibile a bassa potenza (<1 mW) Classe 2

Laser sicuri in condizioni di funzionamento usualiClasse 1

Rischi per la classe 3B e la classe 4• prescrizioni della costruzione• norme di sicurezza per l’utilizzatore

Normativa

XXXXUsare precauzioni per laser non visibile

XEvitare esposizione dell’occhio e della pelle

XXEvitare esposizione diretta dell’occhio

XXXNon utilizzare ottiche di osservazione

XXXXNon osservare direttamente il fascio

43B

3A21Precauzioni di base

Indossare occhiali e maschere specificheEvitare riflessioni (non indossare orologi)