S15C2

6,113 views

Published on

Formación de rayos X. El láser y sus aplicaciones en medicina.

Published in: Technology, Business
1 Comment
3 Likes
Statistics
Notes
  • Enhorabuena por este contenido, me parece muy interesante. Estoy convencido de que muchos médicos estarían encantados de poder descubrir tus contenidos médicos. Ayúdanos a difundir tus presentaciones, artículos, casos, etc. a traves de la red social para médicos Medicalia.org http://medicalia.org.es/
    Saludos y gracias!
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
6,113
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3,024
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
1
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

S15C2

  1. 1. Láser y sus aplicaciones en la medicina Y Milachay, L Arrascue, A Macedo
  2. 2. Observaciones sobre el láser <ul><li>Producen un haz de luz muy intensa </li></ul><ul><li>Generalmente tienen un color puro </li></ul><ul><li>Son peligrosos a los ojos </li></ul><ul><li>¿Cómo se produce el láser? </li></ul><ul><li>En la emisión espontánea los átomos excitados emiten fotones de manera espontánea, pero son de naturaleza no correlacionada y producen luz incoherente. </li></ul><ul><li>En la emisión estimulada los átomos excitados pueden duplicar la luz que los atraviesa produciendo un haz de fotones monocromáticos (igual  ) y coherentes (igual fase). </li></ul>
  3. 3. LASER , L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation <ul><li>Emisión de radiación requiere existencia de electrones en estados excitados pero la excitación del electrón requiere absorción de energía. </li></ul><ul><li>Esta excitación se da por colisión o absorción de electrones. </li></ul><ul><li>Los átomos vuelven a su estado normal emitiendo fotones ( emisión espontánea ). </li></ul><ul><li>En otros casos, los átomos vuelven a su estado normal emitiendo fotones iguales a los fotones que han producido la estimulación. </li></ul>E f E i excitación desexcitación fotón electrón electrón E f E i desexcitación fotón fotón E f E i fotón electrón
  4. 4. <ul><li>Para producir láser se requiere: </li></ul><ul><li>Los átomos del medio son excitados masivamente al nivel superior de energía. </li></ul><ul><li>La desexcitación espontánea de algunos átomos estimulan el decaimiento de los otros átomos del medio </li></ul><ul><li>Un sistema de espejos permite que fotones que abandonan el medio sean reinyectados en él, lo que permite acrecentar el número de desexcitaciones. Como resultado de la emisión estimulada, los fotones resultantes son coherentes </li></ul><ul><li>Uno de los espejos es parcialmente transparente, lo que permite que la radiación escape del medio dando origen a la emisión láser. </li></ul><ul><li>Normalmente la población de electrones en los niveles inferiores de la transición es significativamente mayor que la que se encuentra en el nivel superior </li></ul><ul><li>número de átomos que se encuentra en un nivel n x de energía en un sistema en equilibrio térmico </li></ul><ul><li>E x es la energía del nivel </li></ul><ul><li>C es una constante </li></ul><ul><li>k es la constante de Boltzmann </li></ul><ul><li>T es la temperatura absoluta </li></ul>
  5. 5. E stado inicial, previo al bombeo con todos los átomos en estado fundamental Bombeo del medio por fotones de amplio espectro generados externamente Emisión espontánea e inicio de proceso de emisión estimulada Ganancia por emisión estimulada a lo largo de la dirección perpendicular a los espejos Desexcitación masiva de los átomos del medio por emisión estimulada Emisión de radiación láser a través del espejo semi transparente.
  6. 6. Tipos de láser <ul><li>Continuos (baja potencia) </li></ul><ul><li>Pulsados (alta potencia) </li></ul><ul><li>Gaseosos </li></ul><ul><li>Estado sólido </li></ul><ul><li>Semi-conductores </li></ul><ul><li>Ej: He-Ne, 1 mW </li></ul><ul><li>Ej: Nd-YAG, 1 J en 5 ns, 200 MW </li></ul><ul><li>Ej: Helio-Neón (He-Ne), Argón, Dióxido de Carbón (CO2), Nitrógeno, Excímeros, etc): bombeo por colisiones y la energía al medio es proporcionada por la circulación de una corriente eléctrica </li></ul><ul><li>Ej: Rubí, Neodimio-YAG (Nd-YAG); bombeo por absorción de fotones generados por lámparas de flash </li></ul><ul><li>Ej: Arseniuro de Galio con impurezas; bombeo es por interacciones en la red cristalina bajo aplicación de un campo eléctrico externo </li></ul>
  7. 7. Láser de Rubí: cristal de Rubí  Al 2 O 3 algunos Al reemplazados por Cr átomos de Cr absorben verde, amarillo y utravioleta Secuencia de emisión láser a) átomos de Cr se encuentran en el estado fundamental b) átomos de Cr absorben fotones de las lámparas de flash y son bombeados a alguna de dos bandas de energía c) por vibraciones de la red cristalina del Rubí, los átomos ceden parte de su energía al cristal y los electrones decaen, sin emitir fotones, a un nivel &quot; meta-estable &quot; d) un electrón decae espontáneamente emitiendo un fotón correspondiente a la longitud de onda de la emisión láser, que estimula la desexcitación de otro átomo espejo 100% semi-espejo  = 693.4 nm barra de rubí lámparas de flash a b c d E ( eV ) 0 1 2 3 4
  8. 8. Láser de He-Ne átomos de Neón son excitados en colisiones por átomos de Helio a) inicialmente átomos de Helio y de Neón están en estado fundamental b) electrones acelerados por el campo eléctrico excitan por colisión a los átomos de Helio c) átomo de Helio excitado transfiere su energía de excitación a un átomo de Neón mediante una colisión d) átomo de Neón decae a banda intermedia por emisión estimulada. Atomo de Neón decae luego espontáneamente sin contribuir a la emisión láser espejo 100% semi-espejo  = 633 nm gas: He-Ne HV  1 kV 0 16 17 18 19 20 E(eV) a b c d
  9. 9. Aplicaciones de láseres: Láser Nd-YAG pulsado de 1 J y 5 ns esta cantidad de potencia enfocada una superficie de unos cuantos micrones cuadrados, produce una densidad de potencia suficiente para vaporizar el material. ejemplo en corte y soldadura en la industria metal-mecánica, bisturí en medicina. Bisturí láser: densidad de potencia depositada localmente y absorbida por los tejidos excede a la que puede ser disipada por conducción térmica produce un rápido calentamiento local autocauterizante tipo de láser a usar está determinado por las propiedades de absorción del tejido a la longitud de onda correspondiente 400 450 500 550 600 650 700 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % reflejado l (nm) He-Ne, 632 nm Argón, 488-514 nm
  10. 10. <ul><li>Depende de: </li></ul><ul><li>Longitud de onda que determina la energía del fotón </li></ul><ul><li>Intensidad de la radiación </li></ul><ul><li>Forma de irradiación (continua o pulsada) </li></ul><ul><li>Para un nivel de potencia de pocos watts, la interacción se divide en: </li></ul><ul><li>Región UV corto : interacción con proteínas </li></ul><ul><li>Región UV cercano y visible corto : reacciones fotoquímicas. Ejm: Excímero </li></ul><ul><li>Región visible e infrarroja cercano : efectos térmicos </li></ul>
  11. 11. Clasificación de láseres por su efecto <ul><li>Efectos térmicos : CO 2 ,YAG, Argón. La energía láser es absorbida por tejido biológico provocando: aumento local de la temperatura: ablación, vaporización, coagulación o corte del tejido </li></ul><ul><li>Efectos Mecánicos : alta potencia de pulsos cortos para generar “explosiones” por calentamiento de una pequeña región del tejido a alta temperatura en un tiempo muy corto </li></ul><ul><li>Efectos químicos : Terapia fotodinámica (PDT) y en aplicaciones del láser Excimero (reestructuración de la cornea) </li></ul>
  12. 12. Ejercicios <ul><li>Un láser de rubí entrega un pulso de 10 ns de 1,0 MW de potencia promedio. Si los fotones tienen una longitud de onda de 694,3 nm, ¿cuántos fotones contiene el pulso? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>La energía total del pulso es: </li></ul><ul><li>Como la energía total es: </li></ul><ul><li>El número de fotones será: </li></ul><ul><li>Un láser de Nd:Yag que se utiliza en cirugía del ojo emite un pulso de 3,0  m en 1,0 ns, enfocado en un punto de 30  m de diámetro sobre la retina. (a) Encuentre (en unidades del SI) la potencia por unidad de área en la retina. (Esta cantidad se denomina irradiancia ) </li></ul><ul><li>Solución </li></ul>
  13. 13. Ejercicio <ul><li>El láser de elección para trabajar en la ablación de tejidos duros dentarios es aquel que basa su emisión en el erbio como medio activo, el cual puede estar contaminando un cristal YAG (Erbio:YAG – 2940 nm) o combinado con cromo, dopando un cristal de granate de Ytrio, Escandio y Galio (ErCr:YSGG – 2780 nm). Ambos láseres son capaces de ser absorbidos por los tejidos dentarios y por ende aptos para su utilización en la remoción selectiva de estos tejidos. (a) Calcule La energía de estos láseres en J y eV. (b) Si la potencia de estos láseres es de 100 W, calcule el número de fotones emitidos por segundo. </li></ul><ul><li>Solución </li></ul>
  14. 14. Cambios térmicos <ul><li>Hasta 60°C: tejido caliente, posibilidad de soldadura de vasos sanguíneos </li></ul><ul><li>60°-65 °C: Coagulación </li></ul><ul><li>65°-90 °C: Desnaturalización de proteínas </li></ul><ul><li>90 °C-100 °C: Eliminación de fluidos (secado) </li></ul><ul><li>100 °C a más: Vaporización y carbonización </li></ul><ul><li>El láser tiene efectos sobre las reservas de ADP y ATP celulares </li></ul>
  15. 15. Efectos biológicos del láser <ul><li>Efecto bioenergético : se basa en la necesidad de reservas energéticas en la célula para poder desarrollar su actividad. Cuando la célula se encuentra dañada, estas disminuyen y por tanto, su actividad se altera. La radiación láser de baja potencia actúa directamente sobre los fotorreceptores de la cadena respiratoria, activando y facilitando el paso de ADP a ATP, lo que incrementa la reserva de energía en el interior de las mitocondrias. </li></ul><ul><li>Efecto bioeléctrico : Los fotorreceptores de la membrana celular absorben la energía láser contribuyendo al equilibrio iónico de la membrana, la vitalidad celular y sus funciones. </li></ul>
  16. 16. <ul><li>Efecto bioquímico : El aumento en las reservas energéticas (ATP) facilita las reacciones interestructurales, los ciclos metabólicos intracelulares, provocando la activación general del metabolismo celular </li></ul><ul><li>Efecto bioestimulante : Al actuar el láser como agente activador de la síntesis proteica y la función celular, acelera la división y multiplicación celular. </li></ul>
  17. 17. Seguridad en el uso de láser
  18. 18. Gafas de protección contra láser <ul><li>Previstas para proteger en caso de exposición accidental. </li></ul><ul><li>Factor espectral de transmisión para  láser, no debe sobrepasar al factor espectral máximo de transmisión correspondiente al grado de protección indicado. </li></ul><ul><li>Filtros de protección láser no deben presentar ningún defecto de fabricación. </li></ul><ul><li>Las monturas deben impedir una penetración lateral accidental del láser. </li></ul><ul><li>Las monturas y los filtros no deben inflamarse. </li></ul><ul><li>Gafas deben permitir en las direcciones horizontales y verticales un campo de visión libre de 40° como mínimo. </li></ul>
  19. 19. Medidas de control <ul><li>Controles de ingeniería </li></ul><ul><li>Controles administrativos </li></ul><ul><li>Señales de peligro </li></ul>

×