Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 1/18 Lampy (termiczne)Lampy (termiczne) na ogół wymagają filtrów Źródła światła:

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 2/18 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 3/18 Diody luminescencyjne (LEDy)Diody luminescencyjne (LEDy) (Light Emitting Diodes) (Light Emitting Diodes) - porównanie widma lampy (filtrowanej z widmem LED) (filtrowanej z widmem LED) - bardzo tanie lampa LED małe rozmiary - małe rozmiary - wąskie widmo optyczne - wąskie widmo optyczne

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 4/18 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 5/18 Elementarne warunki działania lasera Dodatek: Elementarne warunki działania lasera Konieczne spełnienie 2 warunków  Emisja promieniowania spójnego możliwa gdy: emisja wymuszona > em. spontaniczna liczba aktów em. wym. liczba aktów em. spont. N 2 B 21   N 2 A 21 > B 21   > A 21 konieczne duże    rezonator  Wzmocnienie możliwe gdy: emisja > absorpcja E2E1E2E1 N2N1N2N1 N2N1N2N1  N 2 > N 1 inwersja obsadzeń 

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 6/18 2. Koncentrację energii, spełnienie warunku przewagi emisji wymuszonej Dodatek: Rozwój akcji laserowej ośrodek z inwersją:  < 0 – wzmocnienie R<1 Rezonator pozwala na: 1.Sprzężenie zwrotne – przejście od wzmacniania promieniowania spontanicznego do generacji spójnej wiązki światła B 21   > A Selekcję spektralną (jak w interferometrze F-P) L struktura modowa promieniowania laserowego

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 7/18 Dodatek: przykład konstrukcji wskaźnika laserowego

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 8/18 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): Lasery w medycynie Ar +  0,5-2 mm Nd:YAG  2-6 mm CO 2  0,1-0,2 mm Er:YAG  0,4-0,6 mm

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 9/18 Znaczenie różnych właściwości światła laserowego dla zastosowań medycznych duże natężenie duże natężenie – umożliwia dostarczenie dużej energii do ściśle określonego miejsca  koagulację, ablację tkanek, monochromatyczność i przestrajalność monochromatyczność i przestrajalność – umożliwia selektywne wzbudzanie wybranych chromoforów  inicjację określonej reakcji kolimacja wiązki laserowej kolimacja wiązki laserowej – umożliwia osiągnięcie dużej gęstości energii i dobre zogniskowanie promieniowania (użycie światłowodów) koherencja koherencja – umożliwia silne ogniskowanie, zastosowanie holograficzne metod krótkie impulsy krótkie impulsy – zmniejszanie ef. termicznych, możliwość badania szybkich reakcji biol./chem.

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 10/18 Popularne typy laserów „medycznych”: ekscymerowe ( 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 11/18 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 CO 2 ) Różne skutki działania światła w zależności od długości impulsu laserowego przy zachowaniu tej samej dawki promieniowania świetlnego