Lampy ( termiczne )

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3

1/18

•Lampy Lampy ((termicznetermiczne))

na ogół wymagają filtrówna ogół wymagają filtrów

Źródła światła:


2/18

1

12)(

5

2

Tk

hc

Be

hcI

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”,


3/18

•Diody luminescencyjne (LEDy) Diody luminescencyjne (LEDy) ((Light Emitting DiodesLight Emitting Diodes))

- porównanie widma lampy porównanie widma lampy (filtrowanej z widmem LED)(filtrowanej z widmem LED)

- bardzo tanie- bardzo tanie

lampa

LED

- małe rozmiarymałe rozmiary - wąskie widmo optyczne- wąskie widmo optyczne


4/18

Właściwości promieniowania laserowegoWłaściwości 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,


5/18

Dodatek: Elementarne warunki działania Elementarne warunki działania laseralasera

Konieczne spełnienie 2 warunkówKonieczne spełnienie 2 warunków

Emisja promieniowania spójnego Emisja promieniowania spójnego możliwa gdy:możliwa gdy: Emisja promieniowania spójnego Emisja promieniowania spójnego możliwa gdy:możliwa gdy: emisja wymuszona > em. spontanicznaemisja wymuszona > em. spontaniczna

liczba aktów em. wym. liczba aktów em. spont.

N2 B21 N2 A21 >B21 > A21

konieczne duże rezonator

Wzmocnienie Wzmocnienie możliwe możliwe gdy:gdy: Wzmocnienie Wzmocnienie możliwe możliwe gdy:gdy: emisja > absorpcjaemisja > absorpcja

E2

E1

N2

N1

N2

N1

N2 > N1

inwersja obsadzeń


6/18

2. Koncentrację energii, spełnienie warunku

przewagi emisji wymuszonej

Ln

c

2

Dodatek: Rozwój akcji laserowejośrodek z inwersją: < 0 – wzmocnienie

R<1

Rezonator pozwala na:

1. Sprzężenie zwrotne – przejście od wzmacniania promieniowania spontanicznego do generacji spójnej wiązki światła

B21 > A21

3. Selekcję spektralną (jak w interferometrze F-P)

L

struktura modowa promieniowania laserowego


7/18

Dodatek: przykład konstrukcji wskaźnika laserowego


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 Lasery w medycynie

Ar+

0,5-2 mmNd:YAG 2-6 mm

CO2

0,1-0,2 mm

Er:YAG 0,4-0,6 mm


9/18

Znaczenie różnych właściwości światła laserowego dla zastosowań medycznych

• duże natężenieduże natężenie – umożliwia dostarczenie dużej energii do ściśle określonego miejsca koagulację, ablację tkanek,

• monochromatyczność i przestrajalnośćmonochromatyczność i przestrajalność – umożliwia selektywne wzbudzanie wybranych chromoforów inicjację określonej reakcji

• kolimacja wiązki laserowejkolimacja wiązki laserowej – umożliwia osiągnięcie dużej gęstości energii i dobre zogniskowanie promieniowania (użycie światłowodów)

• koherencjakoherencja – umożliwia silne ogniskowanie, zastosowanie holograficzne metod

• krótkie impulsykrótkie impulsy – zmniejszanie ef. termicznych, możliwość badania szybkich reakcji biol./chem.


10/18

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


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. 10m),• 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

Lampy ( termiczne )

Documents

Transcript of Lampy ( termiczne )