Technologia Laserów: nowe trendy w biologii i medycynie Gabriela Mianowska Karolina Pasieka FM rok IV, DIE
08.03.2016 LASER (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Krótka historia: 1917r. Albert Einstein stwierdził, że możliwe jest pobudzanie atomów do emisji światła; 1954r. - Townes C., Gordon J., Zeiger H. odkryli sposób pobudzania atomów do emisji mikrofal; skonstruowali maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation ); 1960r. - Theodore Maiman zbudował pierwszy laser rubinowy oraz otrzymał generacje światła spójnego; 1962r. - Nathan i współpracownicy IBM uruchomili pierwszy laser półprzewodnikowy na arsenku galu; 1964r. - Nagroda Nobla z fizyki Basow N.G., Prochorow A.M., Townes C.H. za prace będące podstawą działania laserów i maserów; 1963r. - w Wojskowej Akademii Technicznej powstał pierwszy polski laser. 2Pasieka, MianowskaMFwBiM
08.03.2016 Zasada działania Rys. 1 Ogólny schemat lasera jako kwantowego generatora promieniowania [2] 3Pasieka, MianowskaMFwBiM Rys. 2 a) proces emisji spontanicznej; b) proces absorpcji; c) proces emisji wymuszonej [2]
08.03.2016 Zasada działania INWERSJA OBSADZEŃ poziomów energetycznych- odwrócenie naturalnego porządku, jaki rządzi obsadzeniem tych poziomów 4Pasieka, MianowskaMFwBiM Rys. 3 Akcja laserowa [3]
08.03.2016 Budowa lasera Rys. 4 Schemat budowy lasera [8] 1) Ośrodek aktywny 2) Układ pompujący, czyli układ, który wytwarza inwersje obsadzeń 3) Zwierciadło rezonatora L = nλ/2 4) Drugie zwierciadło rezonatora 5) Wiązka laserowa 5Pasieka, MianowskaMFwBiM
08.03.2016 Cechy światła laserowego monochromatyczne spolaryzowane spójność w czasie i przestrzeni częstość taka sama jak częstość wiązki stymulującej 6Pasieka, MianowskaMFwBiM
08.03.2016 Podział laserów Tab. 1 Podział laserów [5] 7Pasieka, MianowskaMFwBiM
08.03.2016 Oddziaływanie laserów na tkanki Efekt fototermiczny zniekształcenie lub destrukcja objętości tkanki na skutek konwersji światła w energię termiczną naczyniak- doprowadzenie do martwicy tkanki (laser YAG) uszkodzenia skóry odparowanie tkanki (laser CO2) Efekt mechaniczny dla laserów emitujących bardzo krótkie impulsy (zakres nano i pikosekund), indukowane przez mechanizm waporyzacji, powstaje plazma naczyniak krwionośny (często u dzieci) eksplozja ściany naczyniaka, powoduje krwawienie Przy usuwaniu tatuaży Fotoablacja- dla fotonów o wysokiej energii (λ<300nm), impuls (10ns do 100ns), powoduje rozrywanie wiązań chemicznych bez nagrzewania sąsiednich tkanek wrzody, blizny, operacje rogówki skalpele w biologii 8Pasieka, MianowskaMFwBiM
08.03.2016 Lasery w medycynie - okulistyka Leczenie krótkowzroczności, zaćmy, astygmatyzmu, odklejenia siatkówki. Różne typy laserów w zależności od dolegliwości: argonowe, jagowe (YAG). Rys 5-6. Leczenie odklejania siatkówki za pomocą lasera. Źródło [7]. 9Pasieka, MianowskaMFwBiM
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Przeszczep rogówki laser femtosekundowy zwyrodnienie rogówki, zakażenia; oparzenia chemiczne, promieniowanie jonizujące; obrzęk rogówki, blizny na rogówce; Rys 7-10. Etapy zabiegu przeszczepu rogówki. [9] 10
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Lasery w medycynie - dermatologia Zmiany naczyniowe: naczyniaki, teleangiektazje. Zmiany barwnikowe: przebarwienia, piegi. Bielactwo, łuszczyca, atopowe zapalenie skóry. Usuwanie znamion, piegów. Usuwanie tatuaży. Depilacja laserowa. Rys 11-12. Laserowe usunięcie przebarwień i tatuażu z wykorzystaniem lasera rubinowego. Źródło [6]. 11
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Lasery w medycynie chirurgia Cięcie tkanek: lasery CO 2 i Nd:YAG. Koagulacja tkanek: lasery Nd:YAG i argonowy. Zalety: minimalna utrata krwi suche pole operacyjne, mniejsze ryzyko infekcji, brak tkanek martwiczych, Cięcie bez kontaktu z guzem, szybsze gojenie ran. 12
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Lasery w biologii Mikrodyssekcja laserowa - wycinanie obiektów laserem połączonym z zaawansowanym mikroskopem badawczym i zmotoryzowanym stolikiem. Rys 13. Niebieskie światło lasera oddzielające wybrany obszar.[1] Rys 14. Poszczególne etapy wycinania komórek za pomocą mikrodyssekcji laserowej. 13
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Lasery w biologii Pincety optyczne przechwytywanie i mikromanipulacja mikroskopijnych cząstek w trzech wymiarach. Pomiar sił z bardzo wysoką rozdzielczością, Segregacja komórek, Pomiar właściwości mechanicznych błon komórkowych. Fotoablacja laserowa Oczyszczanie zębów ze zmian próchniczych. Usuwanie łagodnych guzków tarczycy u pacjentów. Medycyna estetyczna do usuwania tatuaży, zmian pigmentacyjnych, małych znamion, blizn potrądzikowych. 14
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Lasery obrazowanie Obrazowanie fotoakustyczne - metoda nieinwazyjna. Pulsujące z odpowiednią częstotliwością wiązki lasera naświetlajają tkankę a specjalne sensory wychwytują fale dźwiękowe powstałe w wyniku oddziaływania promieni lasera na organizm. Optyczna tomografia koherencyjna - metoda nieinwazyna, wykorzystanie bliskiej podczerwieni umożliwia przekrojowe obrazy tkanek. Rys 14. Przekrój przez centralną część siatkówki zdrowego oka. W centrum widać plamkę żółtą. 15
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Inne zastosowania laserów W wojsku (broń energetyczna, system naprowadzający, dalmierze) Laserowe cięcie metali Znakowanie produktów Geodezja i budownictwo Efekty wizualne 16
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 Bibliografia [1] The Laser technology: New Trends in Biology and Medicine [2] LASERY PODSTAWY FIZYCZNE dr inż. Jerzy Kęsik [3] http://livesound.pl/tutoriale/artykuly/3819-gwiezdne-wojnylasery-cz-i [4] http://www.palico.eu/historia-lasera [5] http://www.przeglad-urologiczny.pl/artykul.php?1356 [6] Budowa i zastosowanie Laserów R. Fidytek [7] https://www.youtube.com/watch?v=ouebmjtwc-a [8] http://www.laserytomasi.republika.pl/budowa.html [9]http://www.przegladokulistyczny.pl/przeszczep_rogwki_za_p omoc_lasera_femtosekundowego_-_rozwinicie 17
Pasieka, MianowskaMFwBiM 08.03.2016 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ. 18