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CAMPO ELETTRICO
CAMPO MAGNETICO
DIREZIONE DI PROPAGAZIONE
Onde elettromagnetiche
Emissione di onde elettromagnetiche
Molte lunghezze d’onda e colori; le onde viaggiano disordinatamente e non sono in fase
Emissione stimolata
• Quando i fotoni raggiungono una certa intensità essi riescono ad uscire dallo specchio semiriflettente in un unico raggio monocromatico ed in fase (emissione stimolata di atomi tutti eguali e perfettamente in direzione rettilinea )
Emissione spontanea
Avviene quando l’elettrone eccitato ha eccessiva energia e un fotone o quanto di energia viene rilasciato.L’atomo ritorna nel suo stato stabile con gli elettorni circolanti attorno al suo nucleo
EMISSIONE SPONTANEA
e¯
+P1P1
e¯
+
e¯
+
P1P1
e¯
+P1P1
e¯
+
e¯
+
P2P2
P2P2
EMISSIONE STIMOLATA
I lampi luminosi di luce policromatica ed incoerente prodotti dalla lampada flash che circonda il rubino eccitano gli atomi di cromo che spostano i loro elettroni dell’ultima orbita in una posizione più esterna,cui corrisponde una maggiore energia.Normalmente questi elettroni restituiscono l’energia ricevuta sotto forma di fotoni tutti con la stessa energia luminosa (stesso colore),ma diretti in ogni direzione. QUESTA E’ L’EMISSIONE FOTONICA DI TIPO NATURALE.
EMISSIONE STIMOLATA
Quando i fotoni di luce monocromatica vengono generati si vengono a trovare intrappolati in una struttura risonante costituta dai due specchi paralleli di cui uno è riflettente ed uno semiriflettente,che li costringono ad andare avanti ed indietro molte volte in linea retta.Questi fotoni passando vicino agli atomi eccitati producono l’emissione di altri fotoni che sono della stessa frequenza e fase,costretti ad oscillare fra i due specchi,che costituisce una cavità risonante ottica.
• ENERGIA• Si misura in Joules (J)
• Il flusso di energia e’ la quantità di energia prodotta sulla superficie per cm 2 (J/cm2)
• POTENZA• Rappresenta l’intensità alla quale l’energia viene prodotta
• Si misura in Watt (W)
• La densità è la potenza applicata sulla superficie (W/cm2)
DENSITA’ DI POTENZA
Potenza (Watt)
Area ( cm2 )=
T(Sec.)DENSITA’ DI
ENERGIA = XPotenza ( Watt )
Area ( cm2 )
VENTRE
CRESTA
AMPIEZZA
LUNGHEZZA D’ONDA
LunghezzaLunghezza
Am
pie
zza
Am
pie
zza
FrequenzaFrequenza
Lunghezza d’onda Corta*Alta Frequenza
Lunghezza d’onda lunga*Bassa Frequenza
LUNGHEZZA D’ONDA E FREQUENZA DI ONDE A CONFRONTO
PRIMO LASER REALIZZATO NEL 1960 DA UN RICERCATORE
AMERICANO T. N. MAIMAN
E’ la continuazione nel campo ottico del MASER, amplificatore a microonde funzionante all’elio liquido.
COMPONENTI DEL LASER
mezzo attivo
Specchio riflettente Specchio semiriflettente
Cavita’ ottica Risonante
Sorgente di energia esterna
I primi laser sperimentali utilizzavano come materia prima un rubino posto fra due specchi paralleli e circondato da un tubo di vetro
contenente gas che veniva sottoposto a scariche luminose di tipo impulsivo.
La luce bianca come quella solare è costituita da tutti i colori dell’iride
Il raggio laser è monocromatico,ha un solo colore cioè una sola frequenza
LUCE BIANCALUCE BIANCA LASERLASER
COERENTECOERENTE
AMPIO SPETTROAMPIO SPETTRO
NON-COLLIMATANON-COLLIMATA
NON COERENTENON COERENTE
MONOCROMATICAMONOCROMATICA
COLLIMATACOLLIMATA
• Il raggio laser può essere emesso in modo continuo senza alcuna interruzione
CONTINUOCONTINUO
TEMPOTEMPO
PO
TE
NZ
A
PO
TE
NZ
A
il raggio laser è costituito da impulsi che si ripetono nel tempo con una determinata frequenza.
PULSATO
TEMPO
PO
TE
NZ
A
I LASER possono essere differenziati in base
alle modalità di emissione della radiazione.
CONTINUO
PULSATO
TEMPO
PO
TE
NZ
AP
OT
EN
ZA
TEMPO
ArF 193 nm 10 - 20 ns
XeCl 308 nm 20 - 300 ns
XeF 351 nm 10 - 20 ns
Dye Laser 450 - 900 nm continuo o pulsato
Argon 488 - 514 nm continuo
Krypton 531 - 568 - 647 nm continuo
Free electron laser 800 – 6000 nm 2 - 10 ps
He-Ne 633 nm continuo
Diodo laser 670 – 900 nm continuo o pulsato
Rubino 694 nm 1 - 250 μs
Alexandrite 720 – 800 nm 50 ns - 100 μs
Nd:YFL 1053 nm 30 - 100 ps
Nd:YAG 1064 nm 30 - 100 ps
Nd:YAP 1364 nm 100- 250 μs
Ho:YAG 2110 nm 100- 250 μs
Er:YSGG 2780 nm 100- 250 μs
Er:YAG 2940 nm 100- 250 μs
CO2 9600 - 10600 nm continuo o pulsato
Principio attivo Lunghezza d’onda Modalità emissione
RAGGI X MICRONDEONDE RADIO
Excimer Argon
KTPDiodoRuby
Alexandrite
Nd:YAG
Er:YAG
CO2
190
- 39
0
488
- 51
4
532
577-
630
755
694
1064
2940
1060
0
UVVISIBILE
INFRARROSSI
400 700
980
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
1 W
3 W
5 W
100 s150 s
Seconda parte del corso :
INTERAZIONE LASER CON I
TESSUTI
INTERAZIONE LASER-TESSUTI
i parametri fisici utilizzati con la materia vivente non sono dissimili da quelli in uso nelle ricerche riguardanti l’interazione delle onde elettromagnetiche con la materia anche non vivente;
non é possibile individuare per ciascun laser e per ciascun tessuto un effetto singolo ma si determina sempre un effetto prevalente ed effetti secondari;
le varie interazioni possono avere sui tessuti effetti positivi o negativi, favorevoli o dannosi, in relazione al tipo di tessuto ed alla situazione obbiettiva in cui quel tessuto si trova in un determinato momento. nella bocca, le distanze fra vari tipi di tessuto (dente, legamento, osso, gengiva) sono minime;
LUCE
LASER
LUCE
LASERRiflessa
LUCE
LASER
LUCE
LASERAssorbita
LUCE
LASER
LUCE
LASER Trasmessa LUCE
LASER
LUCE
LASER Diffusa
INTERAZIONE DELLA LUCE LASER SUL TESSUTO UMANO
superficie
Punto Focale
Lente
A Fuoco Defocalizzato
DENSITA’ DI POTENZA
PuntoPunto focale
Superficie
Potenza
Manipolo
MANIPOLI COLLIMATIMANIPOLI COLLIMATI
MANIPOLI FOCALIZZATIMANIPOLI FOCALIZZATI
Radiazioni Laser
RADIAZIONI ACQUA MINERALE ESPLOSIONE
I cosidetti "soft laser" in campo odontostomatologico hanno proprietà biostimolanti, antinfiammatori e soprattutto antalgiche.
I laser definiti “power laser” hanno un elevato effetto di taglio e trovano una ampia applicazione sia in campo conservativo che chirurgico.
ALCUNE INDICAZIONI SULL’USO DEL LASER
Quali possibili effetti terapeutici :
- vasodilatazione sia capillare che arteriolare- azione antiflogistica, antiedemigena, antalgica
- aumento dei leucociti e delle loro attività fagocitarie
-stimolazione del metabolismo cellulare e proliferazione fibroblastica
nelle lesioni
- modificazione della pressione idrostatica intracapillare
- maggiore assorbimento dei liquidi interstiziali
- aumento della soglia di percezione dei nocicettori
-- stimolazione del ricambio elettrolitico del protoplasma cellulare
- stimolazione del sistema immunitario
- aumento della temperatura locale
- azione antibatterica.
• Proprietà ottiche dei tessuti
• Modalità di reazione del tessuto allo stimolo dell’energia luminosa
• La conduzione tessutale del calore
• La dispersione del calore
• L’eventuale risposta infiammatoria del tessuto
• La vascolarizzazione del tessuto
• I meccanismi di riparazione tessutale
Generatore flash
Calore
S1 S2 10%
Profilo del
raggio
Cavità ottica
COERENZALe onde luminose sono sempre in fase tra di loro con stessa frequenza.
MONOCROMATICITA’La luce laser e’ composta da onde elettromagnetiche di una solalunghezza d’onda caratteristica della particolare sostanza o GASstimolato.
UNIDIREZIONALITA’A differenza di una comune sorgente luminosa (ad es. il sole), la luce laser si espande in una sola direzione.
BRILLANZAA differenza di una comune lampadina, la concentrazione della luce laser in un solo punto, permette di raggiungere energie enormi.
Può essere realizzata partendo da due fenomeni fisici distinti:
• la riflessione totale
• l’effetto di curvatura della traiettoria del raggio che si propaga in un mezzo disomogeneo
interagire con il tessuto da trattare senza danneggiare il tessuto sano vicino;
utilizzare la minima quantità di energia necessaria per ottenere l’effetto clinico desiderato.
Iniziale penetrazione della luce con conseguente deposizione di energia a livello del tessuto assorbente;
Diffusione dell’energia termica;
Evaporazione superficiale dell’acqua;
Disidratazione del tessuto;
Innalzamento della temperatura;
Vaporizzazione esplosiva.
Carbonizzazione (in seguito alla disidratazione)
FATTORI INERENTI ALLA LUCE LASER
• La P.D. del raggio• Le caratteristiche temporali del raggio (pulsato) e la durata della pulsazione• La velocità della pulsazione
FATTORI ATTRIBUIBILI ALLA STRUMENTAZIONE
• Contatto o non contatto della fibra• Raggio focalizzato o defocalizzato
Specifica lunghezza d’onda dell’emissione laser
Caratteristiche ottiche del tessuto bersaglio
VARIABILI LASER SOTTO IL CONTROLLO DELL’OPERATORE
Potenza applicata (power density)
Dimensione dello spot
Fluenza
Modalità di lavoro in rapporto al tessuto target
(pulsato, contatto, non contatto)
PROPRIETA’ OTTICHE DEI TESSUTI E SPECIFICITA’ DELLA LUNGHEZZA D’ONDA
INTERAZIONE
RIFLESSIONE ASSORBIMENTO DISPERSIONETRASMISSIONE
A causa dei fenomeni di assorbimento e
dispersione che si determinano in
concomitanza con i fenomeni di
rifrazione, non é facile determinare
l’indice di rifrazione stessa per i vari tipi
di tessuto.
Durante l’assorbimento si
verificano:
diminuzione della intensità del raggio laser
generazione di fenomeni vibrazionali a carico delle molecole
conseguente conversione dell’onda elettromagnetica in calore
Caratteristica dell’assorbimento é la
SELETTIVITA’
acqua (Er:YAG)
pigmenti (melanina, emoglobina - Nd:YAG)
idrossiapatite (CO2)
Capacità del tessuto di assorbire energiaelettromagnetica
costituzione elettronica dei suoi atomi e molecole
lo spessore della superficie assorbente
la temperatura del tessuto
la presenza di fattori favorenti l’assorbimento
il grado di idratazione del tessuto
DISPERSIONE (Scattering)
tipo di tessuto situazione obbiettiva in cui quel tessuto si trova in quel momento
Non é un fenomeno assoluto ma dipende da
Jaywant S, Wilson B e coll.Temperature dependent changes in the optical absorption
and scattering spectra of tissues: correlation with
ultrastructure.Laser-Tissue Interaction IV, Spie vol. 1882, 1993, pp. 218-229
Gli autori hanno dimostrato come il coefficiente di
scattering del tessuto può variare al variare della
temperatura, a causa dei mutamenti ultrastrutturali che
avvengono all’interno del tessuto
EFFETTI SUI TESSUTI DELLA RADIAZIONE LASER
Interazione
Fotochimica Fototermica Fotoelettrica Fotomeccanica
INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA
• BIOSTIMOLAZIONE
• TERAPIA FOTODINAMICA
• FLUORESCENZA
Un raggio di una specifica lunghezza d’onda
viene assorbito dai cromofori con conseguente reazione
biochimica a livello cellulare
INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA
Fotosintesi clorofilliana
Abbronzatura
ESEMPI DI INTERAZIONE FOTOCHIMICAESEMPI DI INTERAZIONE FOTOCHIMICA
INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA
BIOSTIMOLAZIONE
Cicatrizzazione
Riparazione
Effetti antalgici
Disturbi articolari - ATM
Effetto miorilassante
Campi di utilizzo dei Soft LaserCampi di utilizzo dei Soft Laser
in Odontoiatriain Odontoiatria
• Trattamento della sensibilità dentinale 4-8 J• Guarigione di ferite dopo estrazioni, chirurgia parodontale 6-10 J• Lesioni erpetiche o afte 6-10 J• Riduzione della risposta infiammatoria dopo preparazione
profonda di cavità 4 J• Pulp tester per pulpiti irreversibili 2 J• Iper-analgesie per otturazione di classe I o II in pazienti adulti
e bambini (non ago, non labbro intorpidito) 6-8 J• Analgesia per cementazione di corone 8-10 J• Diminuzione della risposta infiammatoria dopo chirurgia
maxillofacciale, artrocentesi 8-10 J• Trattamento del Trigger point nelle lesione dell’ATM 8-20 J• Scaling profondo e curettage sub gengivale 2 J• Riduzione della risposta infiammatoria post endodonzia 8-20 J• Riduzione dell’edema post operatorio in implantologia e
favorire la rigenerazione ossea perimplantare 8-20 J
Utilizzazione di un Fotosensibilizzatore (HpD) che viene iniettato in vena
TERAPIA FOTODINAMICATERAPIA FOTODINAMICA
FLUORESCENZAFLUORESCENZA
Si determina quando l’energia della luce
viene assorbita da specifiche molecole o
componenti tessutali che successivamente
rilasciano l’energia sotto forma di luce.
KaVo DIAGNOdent (635 nm)KaVo DIAGNOdent (635 nm)
EFFETTI DEL LASER SULLA DENTINA
1 VOLATILIZZAZIONE (200 micron) 1100 C°
2 AFFEZIONE TERMICA NECROSI CELLULARE (200 micron) 1200 C°
3 TESSUTO SANO
COMPOSIZIONE DEL DENTE
DIODO ND CO2 AR
Circa 6 cm
Circa 3 cm
Circa 1 mm Circa 1.5 mm
Si determina per trasformazione dell’onda laser in calore.
Rimozione tissutale per vaporizzazione del tessuto e super
riscaldamento dei fluidi tissutali.
FATTORI CHE INFLUENZANO L’ASSORBIMENTO DI ENERGIA
• lunghezza d’onda
• parametri e tipologia dello spot
• densità di potenza
• durata della pulsazione
• frequenza della pulsazione
• proprietà ottiche del tessuto
• composizione del tessuto
INTERAZIONE FOTOTERMICAINTERAZIONE FOTOTERMICA
ACQUAACQUA
HAHA HAHA
Si determina per trasformazione dell’onda laser in calore.
Rimozione tissutale per vaporizzazione del tessuto e super
riscaldamento dei fluidi tissutali
• Trasformazione dell’energia fotonica in eccitazione molecolare (elettroni)
• Diffusione della energia ai tessuti circostanti
• In rapporto alla conducibilità termica, possibili danni ai tessuti adiacenti
Trasformazione in energia
Rapporto TRT – Lunghezza d’onda
Il massimo picco di assorbimento dell’acqua corrisponde al minimo TRT(tempo di rilassamento termico)
Disidratazione tissutale
Carbonizzazione
Coagulazione del sangue
Denaturazione delle proteine
POSSIBILI FATTORI DI DANNOPOSSIBILI FATTORI DI DANNO
INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOTERMICAFOTOTERMICA
VARIABILI DI DANNO TERMICO
• Dimensione dello spot (attenzione al raggio focalizzato)
• Durata di esposizione
• Velocità di ripetizione dell’impulso
• Durata dell’impulso
INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOTERMICAFOTOTERMICA
45 °C Vasodilatazione, danno epiteliale e morte delle cellule
50 °C Scomparsa della attività enzimatica
60 °C Disorganizzazione delle membrane cellulari, denaturazione delle proteine
70 °C Denaturazione del collagene e permeabilizzazione delle membrane
80 °C Contrazione delle fibre collagene, necrosi
100 °C Vaporizzazione dell’acqua, disidratazione totale
>100 °C Volatilizzazione dei costituenti organici
100-200 °C Frammentazione molecolare, carbonizzazione
200-300 °C Generazione di fumi, combustione
Profondità di penetrazione del raggio
• proprietà fisiche del tessuto bersaglio• lunghezza d’onda• densità di potenza del raggio d’emissione
• degradamento (coefficiente
d’attenuazione)
Degradamento o attenuazione
Il raggio perde gradatamente la sua intensità a mano a mano che penetra all’interno del tessuto
La legge di Lambert e Beer stabilisce che: l’assorbimento dell’intensità del raggio é
direttamente proporzionale alla concentrazione degli elementi assorbenti.
Esiste una distanza specifica alla quale la densità di potenza del raggio si riduce ad un livello tale da non
riuscire più a dare alcun tipo d’interazione.Tale distanza é definita:
PROFONDITA’ D’ESTINZIONE
INTERAZIONE FOTOACUSTICAINTERAZIONE FOTOACUSTICA
Azione di tipo fotomeccanico
Determinata da impulsi molto brevi che provocano nei tessuti un aumento di
pressione e formazione di vere e proprie onde acustiche
Uno spot grande, anche a bassa fluenza, può determinare un danno grave a livello del tessuto
In presenza di onde acustiche
Formazione di forze tensili o compressive che
determinano lesione tissutale
indipendentemente dalla produzione di calore
• INCISIONE
• ABLAZIONE
• COAGULAZIONE
• STERILIZZAZIONE
• SALDATURA DEI TESSUTI
Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser
Classe Classe 11 2 3A 3B 4 2 3A 3B 4
Innocui, intrinsecamente sicuri, anche in caso
di errori di manipolazione; possono essere
esclusi tutti gli effetti dannosi,
ovvero la radiazione
è inaccessibile.
Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser
Classe 1 Classe 1 22 3A 3B 43A 3B 4
L’esposizione oculare diretta alla radiazione
non deve causare alcun effetto dannoso.
Laser solo nel campo del visibile con
potenza, a regime continuo, non
superiore a 1.0 mW.
Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser
Classe 1 2Classe 1 2 3A3A 3B 43B 4
Laser a fascio allargato di forma circolare
o lineare. Le radiazioni che possono
penetrare nell’occhio sono tipo classe 1,
se la radiazione è nell’invisibile, tipo
classe 2 se visibile.
Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser
Classe 1 2 3AClasse 1 2 3A 3B3B 44
Laser che in regime a emissione continuaLaser che in regime a emissione continua
non devono superare 0.50 W dinon devono superare 0.50 W di
potenza. La visione di riflessipotenza. La visione di riflessi
diffusi non deve causarediffusi non deve causare
alcun effetto dannoso (ad esempio peralcun effetto dannoso (ad esempio per
proiezione su una parete bianca).proiezione su una parete bianca).
Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser
Classe 1 2 3A 3BClasse 1 2 3A 3B 44Laser che non appartengono alle classi Laser che non appartengono alle classi
precedenti. precedenti.
Sono laser senza limite superiore di potenza. Sono laser senza limite superiore di potenza.
Raggio e riflessioni sono pericolose per gli occhi Raggio e riflessioni sono pericolose per gli occhi
e la pelle. e la pelle.
Possono agire sui materiali determinando Possono agire sui materiali determinando
liberazione di sostanze nocive o causare liberazione di sostanze nocive o causare
incendi.incendi.
RISCHIO DA RADIAZIONI LASERRISCHIO DA RADIAZIONI LASER
• la classificazione delle apparecchiature laser la classificazione delle apparecchiature laser
secondo il grado di pericolosità della radiazione secondo il grado di pericolosità della radiazione
accessibileaccessibile
• i valori massimi ammissibili della Esposizione i valori massimi ammissibili della Esposizione
Massima Permessa (EMP) per la visione diretta del Massima Permessa (EMP) per la visione diretta del
raggio laserraggio laser
La norma internazionale IEC-825 definisce:La norma internazionale IEC-825 definisce:
Provvedimenti amministrativi diProvvedimenti amministrativi diprotezione e controlloprotezione e controllo
Certificazione rilasciata da Esperto Qualificato Certificazione rilasciata da Esperto Qualificato
(Normativa 626)(Normativa 626)
Nomina di un addetto alla sicurezza laserNomina di un addetto alla sicurezza laser
Formazione del personaleFormazione del personale
Norme di protezione e sicurezzaNorme di protezione e sicurezza
• Locale predisposto e segnalatoLocale predisposto e segnalato
• Utilizzo limitato alle persone autorizzateUtilizzo limitato alle persone autorizzate
• Operatore responsabile della sicurezzaOperatore responsabile della sicurezza
• Protezione oculare adeguataProtezione oculare adeguata
• Controllo sempre possibile del fascioControllo sempre possibile del fascio
• Laser spento e chiave rimossa se incustodito
• Controllo immediato specialistico in caso di Controllo immediato specialistico in caso di
esposizione oculare accidentaleesposizione oculare accidentale
Solidi LiquidiGassos
i
Teleria
Prodotti di carta
Plastica
Cere e resine
Etanolo
Acetone
Metilmetacrilati
Solventi
Ossigeno
Protossido d’azoto
Anestetici generali
Vapori aromatici
FINE
• NON E’ FINITA QUI.
• CI VEDIAMO AL PROSSIMO CORSO AVANZATO
Tempo sul Tessuto
Tempo20ms 100ms80ms60ms40ms