BÁO cáo THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG LASER TRONG y học

Quá trình hình thành sự đảo lộn mật độ phân bố các hạt ở hai mức năng lượng để tạo ra hiệu ứng laser như sau: Va chạm giữa nguyên tử He* ở mức kích thích 23s’ và 21s’ với nguyên tử Ne ở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN VẬT LÝ KỸ THUẬT Y SINH

-o0o -BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG LASER TRONG Y HỌC NHÓM 1 - LỚP L02 - HK 212

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Trần Anh Tú

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2022

MỤC LỤC

BÀI 1: KHẢO SÁT NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC, CẤU TRÚC CỦA LASER KHÍ

NGUYÊN TỬ HE-NE LÀM VIỆC Ở BƯỚC SÓNG 632,8 NM

1.1 Nguyên tắc hoạt động laser khí nguyên tử He-Ne

Sơ đồ mức năng lượng của laser khí He-Ne được trình bày ở hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ mức năng lượng laser He-Ne

Các mức 23s’ và 21s’ của He là siêu bền và rất gần với mức 2s’ và 3s’ của Ne

Quá trình hình thành sự đảo lộn mật độ phân bố các hạt ở hai mức năng lượng để tạo

ra hiệu ứng laser như sau:

Va chạm giữa nguyên tử He* ở mức kích thích 23s’ và 21s’ với nguyên tử Ne ở mức

cơ bản và đưa nguyên tử Ne lên các mức kích thích 2s và 3s Đây là loại va chạm khôngđàn hồi loại 2

He* + Ne => Ne* + He ± ΔEHe* và Ne*: các nguyên tử ở trạng thái kích thích

He và Ne: các nguyên tử ở trạng thái cơ bản

ΔE: biến đổi nội năng của hệ

Các mức năng lượng 2s và 3s của nguyên tử Ne trở thành các mức laser trên Theoquy tắc chọn lọc, các dịch chuyển từ các mức năng lượng 2s và 3s sang các mức 2p và 3p

là cho phép Ngoài ra, thời gian sống của các hạt ở các mức s’ vào khoảng 100 ns lớn hơnmột bậc so với thời gian sống của các hạt trên các mức p (khoảng 10 ns)

Như vậy, trong trường hợp này thỏa mãn các điều kiện để tạo ra hiệu ứng laser

Laser He-Ne có thể phát dựa trên một trong các dịch chuyển a, b, c sau đây Dịchchuyển mạnh nhất là dịch chuyển a từ mức 3s2 của nhóm 3s sang mức 3p4 của nhóm 3pcho bước sóng λ=3,39 µm Trong số các dịch chuyển loại b, dịch chuyển mạnh nhất là 3s2-> 3p4 cho bước sóng λ=0,6328 µm, thông dụng nhất đối với laser He-Ne hiện nay

Dịch chuyển loại c: 2s2 -> 2p4 cho bước sóng 1,15µm

Tùy theo hai gương buồng cộng hưởng có hệ số phản xạ cực đại với bước sóng nào

mà laser sẽ làm việc ở dịch chuyển a, b hay c Để tạo được hệ số phản xạ cao đối với từngbước sóng riêng biệt, người ta phải dùng gương điện môi nhiều lớp

1.1.1 Cấu tạo laser khí nguyên tử He-Ne

Hình 1.2 Cấu tạo laser khí nguyên tử He-Ne

 Nguyên lý buồng cộng hưởng Fabry – Perot

Buồng cộng hưởng quang học Fabry-Perot là hai hệ gương phẳng đặt song song, trong

đó một gương phản xạ toàn phần, một gương bán phản xạ

Trong buồng cộng hưởng chùm sáng sau nhiều lần phản xạ được khuếch đại lên vàđược truyền ra ngoài một phần qua gương bán phản xạ

Các sóng ánh sáng lan truyền dọc theo trục buồng cộng hưởng đi qua môi trường hoạtchất nhiều nhất và được khuếch đại mạnh nhất Nó sẽ quyết định công suất phát thực củalaser và có tính định hướng rất cao

Các sóng phản xạ qua gương nhiều lần mà vẫn bảo toàn pha, đồng thời các sóng bức

xạ kích thích có tần số pha, tính phân cực giống ánh sáng kích thích nên bức xạ ra là bức

xạ kết hợp

Nhờ buồng cộng hưởng có thể thực hiện các phương pháp chọn lọc dao động khácnhau để thu được một bức xạ trong một dải phổ rất hẹp, gần như hoàn toàn đơn sắc Cóthể nói rằng: buồng cộng hưởng quang học đóng vai trò quyết định trong việc hình thànhcác tính chất cơ bản của tia laser

Tần số cộng hưởng: fq = q ( c /2L )

Khoảng cách giữa các tần số cộng hưởng: fq + 1 - fq = c/ 2L

Năng lượng bức xạ

Các bước sóng cộng hưởng: L = q λ/2

Trong đó:

L: khoảng cách giữa hai gương

q: là một số nguyên được gọi là bậc mode

λ: bước sóng của các mode được phép

Khoảng cách các mode q + 1 - q = 2/2L

 Nguyên lý mạch nhân áp

Sự kích thích của các nguyên tử Neon lên mức laser trên bắt nguồn từ sự phóng điện.Trong hoạt động ổn định, sự phóng điện truyền dòng điện vài miliampe qua chất khí ởđiện áp trong khoảng 1-8 kilovolt Các electron trong quá trình phóng điện va chạm vớicác nguyên tử Heli và Neon và nâng chúng lên mức năng lượng kích thích Hầu hết cáckích thích được nhận bởi các nguyên tử Helium dồi dào hơn, chúng có thể dễ dàngchuyển năng lượng kích thích của chúng sang các nguyên tử Nneon Điều này tạo ratrong Neon một điều kiện nghịch đảo dân số Các khối cơ bản của bộ nguồn cho mộtlaser heli-neon nhỏ điển hình được thể hiện trong Hình 1.3 Điện áp đầu vào đầu tiênđược tăng lên bởi một máy biến áp Mạch kích từ cao áp cung cấp xung điện áp phá vỡchất khí và bắt đầu phóng điện qua nó

Hình 1.3 Sơ đồ khối cung cấp điện cho laser Heli-Neon

Hình 1.4 cho thấy một sơ đồ của nguồn cung cấp năng lượng laser He-Ne

Hình 1.4 Nguồn cung cấp cho laser Helium – Neon

Khi đóng công tắc nguồn, dòng điện xoay chiều 220V chạy qua máy biến áp (T1) bậclên và nó tạo ra điện áp đầu ra xoay chiều khoảng 1kV Sau đó đi qua mạch chỉnh lưu-bộlưỡng điện áp để biến đổi điện áp xoay chiều này thành điện áp một chiều xấp xỉ 2kV.Điện áp này không đủ giá trị để ion hóa ống, nhưng nó sẽ duy trì dòng điện khi nó bắtđầu Từ điện áp một chiều 2kV đi vào các mạch nhân ấp Mạch nhân áp gồm 4 tụ: C3,C4, C5, C6 và 4 diode D3, D4, D5, D6 có tác dụng kích điện áp từ 2kV lên khoảng 8 kV

(mỗi tụ chứa 2kV) Khi đạt đến điện áp đánh thủng, ống ion hóa và các điốt trong mạchnày dẫn dòng điện Sự chênh lệch điện áp trên mạch khởi động gần như bằng không vàđiện áp của nguồn cung cấp đang chạy được chuyển đến ống và điện trở chấn lưu Giá trịcủa điện trở chấn lưu phụ thuộc vào mức độ dòng điện được giới hạn Nếu sử dụng mạchnày với ống có vùng điện trở âm, giá trị điện trở của ballast (R1) là 300kΩ dẫn đến giảmđiện áp trên điện trở ballast và trên ống laze.

1.1.2 Cấu trúc của laser khí nguyên tử He-Ne

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc ống phóng điện

Trong đó:

Hình a: phóng điện xoay chiều

Hình b: phóng điện một chiều

Hình c: cấu trúc ống phóng điện

 Loại phóng điện trong laser khí nguyên tử:

Có 2 loại phóng điện liên tục được sử dụng là:

 Phóng điện hồ quang thường sử dụng trong laser ion

 Phóng điện phát sáng thường dùng trong laser nguyên tử và phân tử

Phóng điện hồ quang là phóng điện có dòng lớn, nhiệt độ cao với tỷ lệ ion hóa nhỏ,nhiệt độ thấp với tỷ lệ ion hóa tương đối thấp

Sự phóng điện liên tục được phân làm hai loại: phóng điện kích thích xoay chiều(AC) và phóng điện kích thích một chiều (DC) Phóng điện xoay chiều được kích thíchbằng dòng xoay chiều tần số từ 10 đến 50 MHz với điện cực nằm ngoài ống phóng điện

( hình 1.3 a) Phóng điện một chiều được kích thích trực tiếp bằng dòng một chiều vớicác điện cực nằm trong ống phóng điện ( hình 1.3 b)

Về cấu trúc ống phóng điện, đa số các loại laser khí có dạng hình 1.3 c Đây là cấutrúc điển hình của một laser khí làm việc ở chế độ liên tục Cả hai cửa sổ của ống phóngđiện đều đặt dưới góc Brewster Khi ấy tia laser sẽ phân cực trong mặt phẳng của hình

và không có mất mát trên cửa sổ Thường người ta không dùng gương phẳng trong laserkhí mà dùng gương cầu vì nó tạo nên buồng cộng hưởng bền hơn

 Đường kính ống phóng điện tối ưu:

Công suất phát xạ của laser khí He-Ne phụ thuộc vào đường kính ống phóngđiện Tăng đường kính ống phóng điện sẽ làm tăng thể tích hỗn hợp khí làm việc và dẫnđến tăng công suất phát Tuy nhiên, tăng đường kính ống sẽ làm giảm nhiệt độ điện tửcủa plasma dẫn đến giảm số điện tử kích thích các nguyên tử khí và làm giảm công suấtphát

Mặt khác ta thầy trên sơ đồ mức năng lượng mức 1s của nguyên tử Ne là siêubền và sự phục hồi của mức này xảy ra chỉ nhờ va chạm với thành ống Khi đường kínhống phóng điện tăng, khả năng phân hủy mức 1s sẽ giảm, dẫn đến tích lũy mức này cao.Điều này hạn chế dịch chuyển 2p – 1s’, tích lũy mức 2p cao và dẫn đến làm giảmnghịch đảo mật độ tích lũy Kết quả là sự khuếch đại trong laser tỷ lệ nghịch với đườngkính ống phóng điện Tuy nhiên, khi đường kính ống phóng điện quá nhỏ sẽ gây nênmất mát nhiễu xạ đáng kể Ngoài ra còn gây khó khăn cho việc chế tạo laser Thựcnghiệm cho thấy đường kính trong ống phóng điện tối ưu vào cỡ 2mm Đối với ốngphóng điện dài cỡ trên 1m thì đường kính tối ưu khoảng 7mm đến 9mm

 Mật độ dòng phóng điện tối ưu

Mật độ dòng phóng điện tăng sẽ tích lũy các mức laser trên, nhưng đồng thờicũng làm xảy ra các quá trình sau:

e + Ne(1s)  Ne(2p) + e

e + Ne(2s)  Ne + e

Cả hai quá trình này đều làm giảm nghịch đảo độ tích lũy Mật độ dòng tối ưukhoảng 10-20 mA

 Áp suất tối ưu:

Khi áp suất tăng cũng làm tăng cường các va chạm trên dẫn đến giảm nghịch đảo

độ tích lũy Vì vậy cần có một áp suất tối ưu Áp suất Ne tối ưu cỡ 0,1 mmHg và tỷ lệ

áp suất tối ưu giữa Ne và He là:

P He

P Ne=(5−10)

 Cấu tạo laser khí nguyên tử He-Ne:

Về mặt cấu trúc, laser khí nguyên tử He-Ne là một sự tổ hợp của những chi tiết

vi cơ khí và quang học chính xác Đa số là các ống hàn kín: ống ngoài bằng thủy tinhhàn kín ở nhiệt độ cao lên các cực ở hai đầu Các gương cũng được hàn lên khung đượcgia công nhằm dảm bảo sự thẳng hàng tối ưu Tất cả nhằm ngăn cản sự rò rỉ khi He vàNe

Buồng cộng hưởng được đặt bên trong vỏ bọc, gồm một ống thủy tinh hoặcthạch anh có gắn một ống mao dẫn cực kỳ thẳng và hai gương ở hai đầu

Anode làm bằng kovar vì vật liệu này có hệ số nở nhiệt tương tự thủy tinh.Cathode làm bằng hợp kim nhôm tinh khiết Bề mặt, độ dày và chất lượng của cathode

có ảnh hưởng đến công suất tối ưu và thời gian sống của laser Khi cần chùm laser phâncực thẳng có thể dùng cửa sổ Brewster đặt ở hai đầu ống

Đối với laser He-Ne công suất thấp, thời gian sống khoảng 15.000 giờ đến25.000 giờ (theo lý thuyết)

Trên hình trình bày sơ đồ một ống laser khí nguyên tử He-Ne

1.1.3 Buồng cộng hưởng

 Chức năng của buồng cộng hưởng

Buồng cộng hưởng là một trong những bộ phận quang trọng nhất của bất kỳ máyphát laser nào Đó là một hệ gồm hai mặt phản xạ đặt đối diện nhau, giữa 2 mặt này làhoạt chất

Buồng cộng hưởng là 2 gương đặt ở hai đầu buồng chứa môi trường hoạt chất Haigương có tác dụng làm cho tia sáng phản xạ đi lại với quãng đường quang học dài hơn Các tia có phương song song với trục buồng cộng hưởng được khuếch đại mạnh hơnnhờ hồi tiếp dương

Do là buồng cộng hưởng mở nên các tia có góc với trục quang đủ lớn sẽ đi ra ngoàibuồng công hưởng sau một số lần phản xạ

Buồng cộng hưởng quang học có 2 chức năng sau:

 Thực hiện hồi tiếp dương

Trong buồng cộng hưởng, tia sáng được phản xạ rất nhiều lần làm tăng đường đi củatia Cụ thể quá trình xảy ra như sau:

Giả sử, dịch chuyển tự phát của nguyên tử nào đó trong buồng cộng hưởng xuất hiệnmột sóng ánh sáng Sóng sẽ được khuếch đại lên do các dịch chuyển cưỡng bức khi nó

đi qua lớp hoạt chất Khi tới mặt phản xạ, một phần sóng có thể bị mất do hiện tượnghấp thụ hoặc truyền qua, nhưng phần chủ yếu được phản xạ trở lại và được tiếp tụckhuếch đại trên đường đi tới mặt phản xạ kia Tại đây cũng xảy ra quá trình tương tự và

cứ như vậy, sau rất nhiều lần phản xạ ta sẽ thu được dòng bức xạ có cường độ lớn.khuếch đại ở đây không thể nào lớn vô cùng được Nó bị giới hạn bởi công suất củanguồn bơm

Hình 1.7 sự hình thành hồi tiếp dương trong buồng cộng hưởng

 Tạo ra bức xạ định hướng, đơn sắc, kết hợp

Do buồng cộng hưởng hở nên những sóng truyền dọc theo trục của buồng cộnghưởng sẽ đi qua hoạt chất nhiều lần và được khuếch đại lên Những sóng ánh sáng nàyxác định công suất laser Còn những sóng ánh sáng nào lan truyền dưới những góc lệchtương đối lớn so với trục của buồng cộng hưởng thì sau một vài lần sẽ phản xạ thoát ra

ngoài Vì vậy, bức xạ hình thành ở cửa ra sẽ có tính định hướng cao Trong qua trìnhphản xạ nhiều lần giữa hai gương, pha của songa ánh sáng luôn bảo toàn và quan hệ phagiữa các sóng đó cũng không đổi, do đó bức xạ ra là bức xạ kết hợp Cuối cùng, nhờ cóbuồng cộng hưởng, có thể thực hiện được các phương pháp chọn lọc dao động khácnhau để thu được bức xạ trong một dải phổ rất hẹp, gần như đơn sắc Như vậy có thể nóirằng, buồng cộng hưởng quang học đóng vai trò quyết định trong việc hình thành cáctính chất cơ bản của bức xạ laser.

Các gương điện môi nhiều lớp được cấu tạo sao cho lớp ngoài có chiếc suất cao

Bảng 1.1 một số vật liệu dùng để chế tạo gương laser nhiều lớp

Tên vật liệu Chiếc suất ( với  = 0.7

Bảng 1.2 Mật độ công suất tới hạn của một số gương laser

- Hoạt chất là chất khí hoặc hơi kim loại

- Nghịch đảo độ tích lũy là trạng thái kích thích của nguyên tử hoặc phân tử

- Do mật độ hạt và áp suất thấp nên tương tác ít, vạch phổ bức xạ hẹp chỉ cỡ 1 Hz

và hẹp nhất trong các loại laser

- Độ mở rộng đường phổ chủ yếu là mở rộng không đồng nhất Đốp-lơ

- Độ đồng nhất quang học cao nên góc mở của laser nhỏ chỉ cần dùng gươngphẳng song song đã đạt độ mở nhỏ hơn 1 phút

- Độ nghịch đảo tích lũy thực hiện chủ yếu bằng phóng điện chất khí Thường sửdụng thêm va chạm cộng hưởng và phân rã ở mức laser dưới bằng va chạm đểlàm tăng mật độ nghịch đảo độ tích luỹ dạng Laser 4 mức

- Cấu tạo chung của laser khí gồm một ống chứa khí bằng thủy tinh hoặc thủy tinhthạch anh đường kính từ 1 mm đến vài cm và dài từ vài chục cm đến hàng chụcmét, đặt giữa 2 gương song song nhau

- Hai cách bố trí gương: là gương đặt trong buồn thuỷ tinh và đặt ngoài Songthường sử dụng gương đặt ngoài

Gương đặt ngoài ống phóng khí có các ưu điểm:

- Hệ cơ điều chỉnh gương đơn giản không cần giải quyết vấn đề kín khí

- Tuổi thọ ống khí dài hơn vì không có chi tiết cơ khí nằm trong làm giảm chấtlượng khí

- Độ bền gương tăng vì không bị ion bắn phá và không bị bong tróc gươngtrong môi trường chân không cao và dễ thay thế

- Ống khí chế tạo đơn giản hơn vì không phải gắn giữa thủy tinh và kim loại

- Dễ dàng đặt vào buồng cộng hưởng các linh kiện điện chế hoặc chọn lọcnhững dịch chuyển bức xạ cần thiết.

Nhược điểm gương ngoài: Tiêu hao hai đầu ống do phản xạ , hấp thụ , tiêu hao dotán xạ phụ thuộc góc tới, chiết suất và dạng phân cực của ánh sáng

Ở nước ta: ảnh hưởng của nóng ẩm làm giảm tuổi thọ và độ ổn định của laser

1.1.6 Ưu nhược điểm của laser khí He – Ne

Ưu điểm:

- Có thể điều chỉnh hướng phát tia

- Đường kính chùm tia có thể thay đổi

- Tăng khoảng cách làm bán kính vết chùm tia tăng từ đó suy ra mật động công suấtgiảm.

BÀI 2: KHẢO SÁT MỘT DẠNG THIẾT BỊ TRỊ LIỆU BẰNG LASER KHÍ

HE-NE LÀM VIỆC Ở BƯỚC SÓNG 632.8 NM

2.1 Hiệu ứng kích thích sinh học - phương pháp trị liệu bằng laser khí He-Ne

2.1.1 Hiệu ứng kích thích sinh học

 Hiệu ứng kích thích sinh học và những đáp ứng do nó mang lại:

Chùm tia laser công suất thấp tác dụng lên mô sống với mật độ công suất trongkhoảng 10-4 – 100 W/cm 2, thời gian chiếu từ vài chục giây đến hàng chục phút , sẽ xảy rahàng loạt phản ứng quang hóa và quang sinh và từ đó tạo nên hiệu ứng kích thích sinhhọc

Phản ứng quang hóa: phân tử ở trạng thái trung hòa thì hoạt tính sinh học của nóyếu Dưới tác động photon chùm tia laser, phân tử ấy được chuyển lên trạng thái kíchthích thì 2hoạt tính sinh học tăng mạnh mẽ Dẫn đến hàng loạt phản ứng khác xảy ra:

h ϑ +O2→O2¿

-O2 - phân tử ở trạng thái cơ bản

-O2* - phân tử ở trạng thái kích thích

-hv - năng lượng photon

Phản ứng quang sinh: được nghiên cứu từ năm1981 – 1986, Karu.T đã cho thấy tácdụng của chùm tia laser có công suất lên hệ sinh học Khi tổ chức sống hấp thụ nănglượng photon của chùm tia laser thì xảy ra sự sắp xếp lại các quá trình phản ứng của tếbào Nơi nhận photon đầu tiên là mạch hô hấp của tế bào

Nhờ vậy làm thay đổi rất đa dạng ở mức tế bào, từ đây tạo nên nhiều đáp ứng tíchcực ở mức hệ thống chức năng và ở mức cơ thể trọn vẹn như:

 Đáp ứng của hệ tim mạch

 Đáp ứng của hệ nội tiết

2.1.2 Vai trò của bước sóng trong hiệu ứng kích thích sinh học

Trong công trình đã công bố Karn T tiến hành khảo sát vai trò bước sóng làm việccủa laser trong hiệu ứng kích thích sinh họcbằng thí nghiệm: Khảo sát tác động của ánhsáng đơn sắc vùng khả kiến đối với một số loại vi sinh: Ecoli, Yeash, Hela Chỉ tiêuđánh giá là lượng các phân tử ADN và ARN (những phần tử mang thông tin di truyền

có vai trò quyết định với quá trình tổng hợp protein) Phương pháp định lượng là dùngnguyên tử đánh dấu H3 đối với AND và C14 đối với ARN

Lượng phân tử AND so với đối chứng, ở các bước sóng khác nhau cho thấy kết quảlượng phân tử AND so với đối chứng phụ thuộc vào bước sóng tác dụng khá phức tạp

Ở một số bước sóng nhất định, lượng này đạt cực đại, nhưng giá trị các điểm cực đạilại khác nhau, tuy nhiên ở dãy sóng hồng ngoại gần chưa thể thực hiện

Ví dụ: bước sóng 400 nm, lượng phân tử AND so với đối chứng đạt 128%, ở bướcsóng 620 nm đạt 135%, ở bước sóng 780 nm lại đạt 160%

Độ xuyên sâu của chùm tia Laser còn dùng để xác định khả năng ứng dụng Lasercông suất thấp trong y học lâm sàng Bằng việc mô hình hóa sự lan truyền photon trong

da gồm 2 lớp biểu bì và hạ bì bằng phương pháp Monte Carlo với nồng độ sắc tố khácnhau và các bước sóng khác nhau:

- Bước sóng 780 nm, 850 nm, 940 nm (đặc biệt ở bước sóng 940 nm) có khả năngxuyên sâu trong mô hơn bước sóng 630 nm ở mọi nồng độ sắc tố khác nhau

- Bước sóng 630 nm, sự ảnh hưởng của sắc tố da lên độ xuyên sâu khá lớn, nồng

độ da càng lớn thì độ xuyên sâu càng ngắn Trong khi ấy, đối với bước sóng 940

nm, sự ảnh hưởng của nồng độ sắc tố da lên độ xuyên sâu không đáng kể

Hàm lượng phân tử ATP do bước sóng 940 nm tổng hợp nên lớn hơn nhiều lần sovới bước sóng 630 nm

Như chúng ta đã biết ATP là phân tử cung cấp năng lượng cho hầu như mọi phảnứng sinh hóa trong tế bào

Hình 2.8 Ảnh hưởng bước sóng ánh sáng đơn sắc vùng nhìn thấy lên tốc độ tổng hợp

AND trong tế bào Hela.

2.1.3 Vai trò của hiệu ứng hai bước sóng trong hiệu ứng kích thích sinh học

Hiệu ứng hai bước sóng:

Hiệu ứng hai bước sóng là phối hợp hai tia laser làm việc ở hai bước sóng khác nhautác động lên tổ chức sinh học nhằm nâng cao hiệu ứng kích thích sinh học

 Tác động của hiệu ứng hai bước sóng lên hiệu ứng kích thích sinh học

Karu là người khám phá ra hiệu ứng hai bước sóng và nghiên cứu sâu về ảnh hưởnghiệu ứng hai bước sóng lên hiệu ứng kích thích sinh học Ông đã thực hiện 2 thí nghiêm

- TN1: khảo sát tốc độ phân chia tế bào Tốc độ phân chia tế bào đối với một bướcsóng được làm đối chứng

Chiếu chùm tia Laser He - Cd, làm việc ở bước sóng 441,6 nm với mật độ công suất

300 mW/cm2 , nghỉ 15 phút, sau đó chiếu chùm tia Laser He - Ne làm việc ở bước sóng632,8 nm cũng với cùng mật độ công suất nói trên Kết quả thu được trình bày ở bảng2.1

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của hiệu ứng hai bước sóng lên sự phân chia tế bàoThời gian chiếu đối với

Chiếu chùm tia Laser He - Cd, làm việc ở bước sóng 441,6 nm với mật độ công suất

300 mw/cm2 , nghỉ 10 phút, sau đó chiếu chùm tia Laser He - Ne làm việc ở bước sóng

632,8 nm cũng với mật độ công suất nói trên Kết quả thu được trình bày ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng hai bước sóng lên hàm lượng ARN

Thời gian chiếu đối với

 Sử dụng hai bước sóng trong điều trị lâm sàng:

Kruik A.S và cộng sự sử dụng hiệu ứng hai bước sóng tiến hành điều trị cho 448bệnh nhân có vết thương lâu lành, 535 loét dinh dưỡng sâu do suy tỉnh mạch mãn tính,

211 viêm tủy xương mãn sau khi chấn thương Các vết loét rộng 10 – 150cm2, từ 2 - 22năm

Phương pháp tiến hành như sau: đầu tiên chiếu tia Laser He-Cd, làm việc ở bướcsóng 441,6 nm (màu xanh) lên 10 điểm xung quanh vết loét Tổng thời gian không quá

20 phút mỗi buổi điều trị

Kết quả thu được:

- Điều trị bằng phương pháp kinh điển: đạt kết quả 51%

- Sử dụng chỉ một loại Laser He-Ne: đạt kết quả 73%

- Hiệu ứng hai bước sóng (He-Ne + He-Cd): đạt kết quả 92%

Điều trị bằng hiệu ứng hai bước sóng đã tạo ra khả năng do những vết thương rộngdưới 100 cm2 liền sẹo chắc chắn Trong khi đó nếu chỉ dùng 1 bước sóng của Laser He-

Ne chỉ có hiệu quả với vết thương rộng từ 40 – 50 cm2

2.1.4 Vai trò của hiệu ứng hai bước sóng đồng thời do hai loại laser bán dẫn công suất thấp làm việc ở hai bước sóng khác nhau tạo nên, trong hiệu ứng kích thích sinh học.

Để các đáp ứng sinh học, do hiệu ứng kích thích sinh học mang lại, xảy ra nhanhhơn và mạnh hơn, năm 1985 phòng thí nghiệm công nghệ laser trường đại học BáchKhoa TP.HCM, đề xuất sử dụng hiệu ứng hai bước sóng đồng thời do hai loại laser bándẫn công suất thấp làm việc ở hai bước sóng khác nhau cụ thể:

 Bước sóng 940 nm

 Bước sóng 780 nm

Hiệu ứng hai bước sóng đồng thời được phòng thí nghiệm công nghệ laser thínghiệm sử dụng trong nhiều loại thiết bị điều trị bằng laser bán dẫn công suất thấp khácnhau.

Khi sử dụng hiệu ứng hai bước sóng đồng thời trong điều trị lâm sàng mang lại hiệuquả cao

2.1.5 Thiết bị trị liệu bằng laser khí He-Ne làm việc ở bước sóng 632.8 nm

 Dạng thứ nhất:

Đầu laser khí He-Ne, được bố trí trên giá đỡ, có thể điều chỉnh hướng phát tia, vàđược gắn liền với một hệ quang học để mở rộng chùm tia Nguồn nuôi laser, bộ phậnđiều khiển được bố trí trong một hộp riêng

Thiết bị này có những đặc điểm sau đây:

- Laser khí He-Ne làm việc ở bước sóng 632,8 nm

- Công suất phát xạ 12 mW (chế độ liên tục)

- Đường kính của chùm tia có thể thay đổi từ 3-30 mm (nhờ hệ quang học)

- Thời gian điều trị từ 1 - 6 phút

- Được sử dụng để điều trị những vết thương trên bề mặt da có diện tích lớn vànhững vị trí thuận lợi cho việc chiều trực tiếp

 Dạng thứ hai:

Đầu laser, nguồn nuôi, bộ phận điều khiển được lắp đặt trong một hộp máy Đầuphát ra tia laser đựơc ghép nối với một đoạn sợi quang học Đầu thứ hai của đọan sợiquang học đựơc cấu trúc dưới dạng cây bút để điều trị

Điều trị các lọai bệnh như sau: viêm tai giữa, viêm họng, viêm amidale… bằng cáchnối với sợi quang học nên tia laser chiếu trực tiếp lên tổn thương

Ngoài ra, khi điều trị viêm họng, hoặc viêm amidale, bệnh nhân phải há miệng đểđưa sợi quang học vào, vậy nên bệnh nhân không thoải mái trong điều trị

2.2 Phân tích ưu - nhược điểm của thiết bị trị liệu bằng laser He-Ne bước sóng 632,8 nm.

Bảng 2.3 Ưu – nhược điểm của thiết bị trị liệu bằng laser khí He – Ne

Ưu điểm -Có thể điều chỉnh hướng phát tia

-Đường kính chùm tia có thể thayđổi

-Chiếu trực tiếp lên vết thương códiện tích lớn

-Có thể chiếu trực tiếp lên vếthương nhờ bút quang học-Độ tập trung cao, mật độ côngsuất tại đầu bút quang cao

Nhược điểm Khi điều chỉnh kích thước chùm tia,

nhưng làm cho mật độ công suấtgiảm Tuy nhiên có thể tăng thờigian chiếu

Có những vị trí điều trị sử dụngbút quang làm cho bệnh nhânkhông thoải mái

Ứng dụng Điều trị những vết thương trên bề Để điều trị các bệnh như viêm

mặt da có diện tích lớn tai giữa, viêm họng, viêm

amedale,

2.3 Xác định mật độ công suất ở 3 vị trí mở hệ quang học 5 – 10 – 15 cm

Năng lượng tia laser được tổ chức sống hấp thụ hợp lý, vì năng lượng quyết địnhhiệu ứng sinh học và do đó quyết định hiệu quả điều trị Nhưng năng lượng hấp thụ lạiphụ thuộc vào tần số tia laser và mật độ năng lượng của tia Tuy nhiên, về công suất cốđịnh cho từng máy, song khi ta thay đổi kích thước chùm tia mà khả năng làm thay đổimật độ công suất trong khoảng rất rộng

2.3.1 Phương pháp thực hiện:

Trong bài thí nghiệm này, khảo sát thiết bị trị liệu bằng laser khí He-Ne làm việc ởbước sóng 632,8 nm có công suất 15 mW Thực hiện đo công suất tại 3 vị trí mở hệquang học khác nhau 5, 10, 15 cm Đồng thời đo bán kính vết tại các vị trí nói trên

Về công suất, ở khoảng cách 5cm so với hệ quang học ta đo được công suất 8.5 mW,khi tăng khoảng cách đến 10 cm, 15 cm thì công suất đo được lần lượt là 7.6 và 5 mW.Nhìn chung, khi tăng khoảng cách so với hệ quang học, công suất giảm nhưng khônggiảm mạnh

Về bán kính vết, ở khoảng cách 5 cm so với hệ quang học bán kính vết là 1.5 mmcho thấy độ mở chùm tia laser rất hẹp mặc dù đã cách 5 cm Khi tăng khoảng cách đến

10 cm, 15 cm thì tiết diện chùm tia tăng lần lượt là 3.5 và 6 mm Nhìn chung khi tăngkhoảng cách so với hệ quang học, tiết diện chùm tia tăng nhiều

Về mật độ công suất, khi tăng khoảng cách so với hệ quang học, làm cho công suấtgiảm nhẹ, nhưng tiết diện chùm tia tăng, làm cho mật độ công suất giảm Như vậy, khichiếu vào vết thương có diện tích lớn, ta có thể điều chỉnh kích thước chùm tia nhưngmật độ công suất giảm, nên ta có thể tăng thời gian chiếu Trong ứng dụng lâm sàng,mật độ công suất và thời gian chiếu là nhữn thông số quan trọng

Tuy nhiên laser bán dẫn được dần lựa chọn thay thế laser khí bởi ưu điểm gọn nhẹ,nguồn nuôi có điện thế thấp và có thể trực tiếp điều khiển dòng điện với tần số cao Độ

bền cơ học cao, hiệu suất cao, công suất tiêu thụ nhỏ, khả năng điều biến tần số cao, giáthành tương đối thấp.