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Servizio di
Terapia Strumentale – Cinesiologia - Riabilitazione
Istituto di Medicina dello Sport
CONI - F.M.S.I
Centro Interuniversitario di Studi e Ricerche in Medicina dello Sport
Sede di Bologna
PULSED POWER LASER
NUOVE TECNOLOGIE E POSSIBILITA’ TERAPEUTICHE
Paolo Mondardini
STATO DELL’ARTE
• NUOVE TECNOLOGIE
• ACQUISIZIONI
SPERIMENTALI
• ESPERIENZE CLINICHE
SISTEMA TISSUTALE
OGNI SINGOLA CELLULA PARTECIPA
ALLA FUNZIONE DEL TESSUTO
ATTRAVERSO INTERAZIONI DI TIPO
MORFOLOGICO E
CHIMICO - ELETTRICO
INTERAZIONE
QUANDO UN ONDA ( O UN CAMPO )
ENERGETICO INTERAGISCE CON UN
SISTEMA CELLULARE ED E’ DOTATA
DELLE OPPORTUNE
CARATTERISTICHE DI POTENZA ,
FREQUENZA E LUNGHEZZA D’ONDA
DETERMINA MODIFICAZIONI DELLA
ATTIVITA’ DEL SISTEMA
FORME DI ENERGIA
• TERMICA Modificazioni indotte dalla variazione di temperatura
• MECCANICA Dal massaggio manuale, all’ultrasuonoterapia fino all’onda d’urto
• ELETTRICA Stimolazione neuro-muscolare con diverse forme d’onda
• ELETTROMAGNETICA Interazione fra campi od onde a genesi extracorporea e sistemi tissutali
PREMESSA (un po’ di fisica)
PROPAGAZIONE DEL LASER
TRASMISSIONE ASSORBIMENTO DIFFUSIONE
L’onda
elettromagnetica
attraversa
immodificata il
tessuto che non
interagisce con il
raggio
L’onda
elettromagnetica
viene assorbita dal
tessuto che subisce
delle modificazioni
L’onda
elettromagnetica
interagisce con il
tessuto che la
diffonde alle
strutture circostanti
EMETTITORE LASER
Apparecchiatura per l’emissione di un onda elettromagnetica:
raggio laser prodotto attraverso l’attivazione del mezzo attivo
in un risonatore ottico
ELEMENTI DELL’EMETTITORE:
• SORGENTE DI ATTIVAZIONE
• RISONATORE OTTICO
• MEZZO ATTIVO
LASER
in commercio
LASER LUNGHEZZA
D’ONDA (nm)
ELEMENTO
ASSORBENTE
POTENZA MODALITA’ DI
EMISSIONE
SOFT -LASER
ELIO-NEON 632,8 ASPECIFICO 1-50 mWatt CONTINUA
DYE
(Colorante variabile)
400,9 DIPENDENTE DALLA
LUNGHEZZA D’ONDA
0,1-0,2 Watt CONTINUA
DIODO
SEMICONDUTTORE
(Arseniuro di Gallio)
630 - 910 DIPENDENTE DALLA
LUNGHEZZA D’ONDA
1 - 50 mWatt PULSATA
MID-LASER
ECCIMERI
(Dimeri eccitati)
193 - 248 MELANINE, PROTEINE 1 Watt PULSATA
ARGON 476,5 - 514,5 MELANINE
EMOGLOBINA
1-10 Watt CONTINUA
RUBINO 694,3 MELANINA
CITOCROMO
>5mJ
(elevata pot.)
PULSATA
POWER-LASER
NEODIMIO
(Yttrio,Alluminio,Granato)
1064 ASPECIFICO <100mJ
(elevata pot.)
<100 Watt
Q - SWITCHED
CONTINUA
PULSATA
CO2 10.600 ACQUA 10-100 Watt
CONTINUA
GRIGLIA
SUPER PULSATA
• Tra i fattori che permettono la penetrazione nei tessuti umani di una luce
laser la lunghezza d’onda e la potenza di picco sono fondamentali.
• Tra 600 e 1200 nm l’assorbimento specifico è basso e
aumenta il potere di penetrazione dell’onda luminosa.
Penetrazione tissutale
lunghezza d’onda
1010 nm Yag
POTENZA
– CAPACITA’DI
SVOLGERE UN
LAVORO NELLA
UNITA’ DI
TEMPO
– ENERGIA
TRASFERITA
NELLA UNITA’ DI
TEMPO
ENERGIA
• DI PICCO
• POTENZA
MEDIA
• DENSITA’
POTENZA
• Massima energia erogata nel minor tempo possibile
• energia erogata in un secondo = Ep x Hz x durata picco
• potenza erogata divisa per la superficie di applicazione
TIPI DI EMISSIONE
•CONTINUA: la sorgente laser emette un onda in
modo continuo.
•TEMPORIZZATA o FREQUENZATA: la sorgente
laser emette un onda continua che viene frequenzata
o con interruzione della sorgente o con diaframma
ottico (ogni impulso dura almeno millisecondi)
•PULSATA – SUPERPULSATA: la sorgente emette
in modo pulsato (impulsi fino al nanosecondo)
Laser continuo
100 W
2 W
LA POTENZA DI PICCO E’ EQUIVALENTE ALLA POTENZA MEDIA.
TEMPERATURA
SOGLIA DEL DANNO -
Pmedia=Ppicco x T x Frequenza
Laser pulsato
T = 100nSec
Ppicco
T=1/Frequenza
100 W
RAFFREDDAMENTO
SOGLIA DEL DANNO TERMICO
A PARITA’ DI LUNGHEZZA D’ONDA
LA PENETRAZIONE DIPENDE DALLA ENERGIA DI PICCO O FLUENZA
• P=Wp X K / Z • P= penetrazione
• Wp= potenza di picco
• K= costante che dipende
dalle caratteristiche del
raggio
• Z= costante che dipende
da caratteristiche del
tessuto
1 joule di energia
erogato in
continuo con 1
watt di
potenza di
picco
1 joule di energia
erogato in
pulsato con 5
watt di potenza
di picco per
impulso
Penetrazione tissutale
A parità di lunghezza d’onda la potenza di picco è il fattore determinante la capacità di penetrazione della luce laser
MAX 800W
MAX 100W
Sovrapposizione diodica
con collimazione ottica
40W
40W 40W Area irradiata
DIODI LASER
Area irradiata 120W
STESSA POTENZA PICCO
MAGGIORE DENSITA’ DI POTENZA
MAGGIORE POTENZA DI PICCO
SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI DOVUTO ALLA
SOVRAPPOSIZIONE DELLE AREE DI OGNI SINGOLO DIODO
40W
40W 40W
SISTEMA DI ATTIVAZIONE A CASCATA
Frequenza Dipendente
Effetto TENS tipico dei laser a bassa penetrazione
(lambda o pot. di picco inadeguate)
Non c’è effetto diretto sull’area danneggiata ma neuroriflesso: le cellule modificano l’attività di quelle vicine attraverso messaggeri chimico-elettrici o segnali dalla
MATRICE
EFFETTO TENS
DOSE INDIPENDENTE
Recettore
cutaneo
1° mediatore
2° mediatore
M A T R I C E
SISTEMA DI ATTIVAZIONE DIRETTA
Tipico dei laser alta penetrazione ed alta potenza (PW - SPW).
Effetto diretto sull’area danneggiata: effetto
-FOTOCHIMICO
-FOTOTERMICO
-FOTOMECCANICO
Dose dipendente
CUTE
attività cellulare Attività metabolica
Legge di Kirkoff
Una sostanza può assorbire solo le lunghezze
d’onda che è in grado di emettere
• Non tutte le radiazioni
elettromagnetiche hanno effetti
metabolici
• Diverse strutture biochimiche sono
stimolate da diverse radiazioni
Specificità del campo
La radiazione esterna viene assorbita da un sistema soltanto quando essa entra in risonanza con una delle potenziali frequenze prevista dal sistema
stesso per cui un effetto biologico si verifica:
Solo per specifiche frequenze, tipiche del materiale biologico trattato (freq. di risonanza)
• Solo al di sopra di una certa soglia di intensità propria del campo elettromagnetico
RELAZIONE emissione PULSATA-EFFETTO
• BASSE FREQUENZE
LAVORI DI COCHE 1985 E SEG
• ALTE FREQUENZE
GOLDMAN 1989 E SEG.
• SUPERPULSAZIONE
• EFFETTO ANTALGICO CON SCARSO
EFFETTO ANTIFLOGISCTICO
• EFFETTO ANTALGICO MINORE MA OTTIMO
EFFETTO METABOLICO (ANTIFLOGISTICO,
ANTIEDEMIGENO), E ANABOLICO
(BIOSTIMOLANTE, RIGENERATIVO)
• SI UNISCE EFFETTO ANTALGICO E
EFFETTO METABOLICO
(ATTENZIONE REAZIONE TERMICA)
SUPERPULSATO (oltre 30 KHz)
High Power (oltre 750 W di picco)
• Con elevate potenze di
picco e\o ad alte frequenze
si cedono elevate quantità
di energia, si ha notevole
stimolo metabolico con
grande coinvolgimento
volumetrico tissutale
• Si innescherebbe una reazione molecolare di tipo FOTOMECCANICO (rottura del dielettrico) con accentuazione del’effetto sul tessuto di conduzione
Basi teoriche
“BIOSTIMOLO” + ANTALGIA
INTERAZIONI LASER-TESSUTO
• REAZIONE FOTOFISICA ECCITAZIONE E DECADIMENTO ATOMICO
FENOMENO UTILIZZATO PER USI DIAGNOSTICI
• REAZIONE FOTOTERMICA
RISCALDAMENTO DEL SUBSTRATO PER TRASFORMAZIONE DELL’ENERGIA
• REAZIONE FOTOCHIMICA RESPONSABILE DEI PRINCIPALI EFFETTI
• REAZIONE FOTOMECCANICA
Interazione
elettromagnetica debole
• Cambiamenti di fase chimico-fisica Precipitati, opalescenza, modifica orientamento molecolare
• Forze di Lorentz su cariche in movimento Aumento del flusso salino, aumento velocità del circolo
• Effetti elettrici indotti Macroscopici: correnti su superfici ossee
Microscopici: variazione potenziale di membrana
• Effetti micromeccanici magnetoindotti Modificazione della forma a livello molecolare e cellulare
Effetti biologici documentati
• Stimolo funzionalità mitocondriale
• Modulazione sistemi enzimatici, azione sul metabolismo
• Modificazione stato fisico intra ed extracellulare, aumento elasticità tissutale
• Alterazioni permeabilità di membrana
• Incremento migrazione macrofagica
• Incremento sviluppo e attività linfociti N.K.
ENTITA’ ? • EFFETTO STIMOLO BIOLOGICO
• EFFETTO ANTIINFIAMMATORIO
• EFFETTO SUL TESSUTO DI CONDUZIONE
Legge di Kirkoff