ỨNG DỤNG LASER ND:YAG TRONG Y TẾ

Xuất phát từ phát minh thiên tài của nhà vật lý vĩ đại A. Einstein (Đức) về hiện tượng phát xạ cưỡng bức năm 1917, các nhà vật lý khác đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy laser đầu tiên vào năm 1960. Cho đến nay đã có hàng trăm loại laser được chế tạo và chúng đã thâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực nghiên cứu khoa học, các nghành kinh tế và cuộc sống con người. Ứng dụng laser trong y học là một trong những hướng phát triển mạnh nhất, hiệu quả nhất của trào lưu trên. Bức xạ laser khi tương tác với cơ thể tạo ra những hiệu ứng đặc biệt. Đó là hiệu ứng kích thích sinh học, quang hóa, quang nhiệt, quang cơ…Trên cơ sở hiểu biết đầy đủ về các hiệu ứng sinh học của bức xạ laser, trong hơn 40 năm phát triển kỹ thuật này hàng loạt các thiét bị laser chuyên dụng cho điều trị và chuẩn đoán đã ra đời, được thử nghiệm thành công và đưa vào ứng dụng tại hầu hết các ngành và chuyên khoa y tế. Laser đã chứng minh ưu thế tuyệt đối của mình trong nhiều lĩnh vực như quang đông để hàn bong võng mạc giúp chữa trị hàng triệu người khỏi mù lòa, phẫu thuật xử lý các u ác tính hạn chế mức độ di căn và các hiệu ứng phụ, tạo hình mạch, mổ tim cấp cứu, phá sỏi, chuẩn đoán sớm bệnh tật đặc biệt là ung thư…Đến nay việc ứng dụng laser trong y tế đã hình thành một chuyên ngành y học mới – chuyên ngành y học và ngoại khoa laser. Tại Việt Nam các thiết bị laser đã trở thành những thiết bị y tế phổ biến, được sử dụng rộng rãi tại hầu hết các bệnh viện trên toàn quốc. Trong những năm gần đây việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị laser trong y tế đã có những bước phát triển lớn. Trước đây chúng ta mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu ứng dụng hai loại laser đơn giản là laser He-Ne và laser CO2. Hiện nay chúng ta đã di sâu nghiên cứu những loại laser phức tạp hơn và có những ứng dụng cao hơn như laser YAG, laser excimer… Em đã chọn đề tài về laser làm nội dung cho đồ án tốt nghiệp của mình. Trong đồ án em trình bày về những ứng dụng của laser trong y tế, tìm hiểu một loại laser cụ thể là laser Nd: YAG và thiết bị laser này trong y tế. Trong quá trình thực hiện đồ án em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới tiến sĩ Nguyễn Đức Thuận, cô Đinh Thị Nhung , KS Lê Huy Tuấn và phòng điện tử y tế- trung tâm công nghệ laser đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Lời nói đầu

Xuất phát từ phát minh thiên tài của nhà vật lý vĩ đại A Einstein (Đức) vềhiện tợng phát xạ cỡng bức năm 1917, các nhà vật lý khác đã nghiên cứu vàchế tạo thành công máy laser đầu tiên vào năm 1960 Cho đến nay đã có hàngtrăm loại laser đợc chế tạo và chúng đã thâm nhập vào hầu hết các lĩnh vựcnghiên cứu khoa học, các nghành kinh tế và cuộc sống con ngời ứng dụnglaser trong y học là một trong những hớng phát triển mạnh nhất, hiệu quả nhấtcủa trào lu trên

Bức xạ laser khi tơng tác với cơ thể tạo ra những hiệu ứng đặc biệt Đó là hiệuứng kích thích sinh học, quang hóa, quang nhiệt, quang cơ…Trên cơ sở hiểubiết đầy đủ về các hiệu ứng sinh học của bức xạ laser, trong hơn 40 năm pháttriển kỹ thuật này hàng loạt các thiét bị laser chuyên dụng cho điều trị vàchuẩn đoán đã ra đời, đợc thử nghiệm thành công và đa vào ứng dụng tại hầuhết các ngành và chuyên khoa y tế Laser đã chứng minh u thế tuyệt đối củamình trong nhiều lĩnh vực nh quang đông để hàn bong võng mạc giúp chữa trịhàng triệu ngời khỏi mù lòa, phẫu thuật xử lý các u ác tính hạn chế mức độ dicăn và các hiệu ứng phụ, tạo hình mạch, mổ tim cấp cứu, phá sỏi, chuẩn đoánsớm bệnh tật đặc biệt là ung th…Đến nay việc ứng dụng laser trong y tế đãhình thành một chuyên ngành y học mới – chuyên ngành y học và ngoạikhoa laser

Tại Việt Nam các thiết bị laser đã trở thành những thiết bị y tế phổ biến, đợc

sử dụng rộng rãi tại hầu hết các bệnh viện trên toàn quốc Trong những nămgần đây việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị laser trong y tế đã có những bớcphát triển lớn Trớc đây chúng ta mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu ứng dụnghai loại laser đơn giản là laser He-Ne và laser CO2 Hiện nay chúng ta đã disâu nghiên cứu những loại laser phức tạp hơn và có những ứng dụng cao hơn

nh laser YAG, laser excimer…

Em đã chọn đề tài về laser làm nội dung cho đồ án tốt nghiệp của mình Trong

đồ án em trình bày về những ứng dụng của laser trong y tế, tìm hiểu một loạilaser cụ thể là laser Nd: YAG và thiết bị laser này trong y tế

Trong quá trình thực hiện đồ án em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới tiến sĩ Nguyễn

Đức Thuận, cô Đinh Thị Nhung , KS Lê Huy Tuấn và phòng điện tử y trung tâm công nghệ laser đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

tế-Do thời gian hạn chế nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận

đợc ý kiến nhận xét, đánh giá của thầy cô và các bạn

Chơng i: lý thuyết chung về laser

I: Laser là gì?

Laser là một trong những phát minh khoa học quan trọng nhất của thế kỷ XX.Thuật ngữ Laser là khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ bức xạ cỡng bức (LightAmplification by Stimulated Emision of Radiation) Ông tổ của laser chính lànhà vật lý thiên tài Albert Einstein, ngời đã phát minh ra hiện tợng phát xạ c-ỡng bức (Stimulated Emision of Radiation) vào năm 1917 Còn ngời phátminh ra nguyên lý cơ bản của máy laser là nhà vật lý ngời Mỹ Townes vàonăm 1964 Cùng đồng thời trong năm đó hai nhà vật lý ngời Liên Xô làProchorow và Babov cũng công bố các công trình phát hiện nguyên lý laser

Do phát minh này ba nhà vật lý trên đã đợc nhận giải thởng Nobel vật lý năm

1964 Máy laser đầu tiên đợc chế tạo bởi nhà vật lý mỹ Meiman vào năm

1960 trên cơ sở sử dụng oxit nhôm tinh khiết (Al2O3) có phủ ion crom gọi làlaser Ruby Sau thành công này trong một thời gian ngắn, ngời ta đã phát hiệnhàng loạt chất có khả năng phát tia laser nh hỗn hợp khí He và Ne (laser He-Ne), tinh thể bán dẫn Gallium Arsenid (laser diode GaAs), tinh thể Yttrium

Aluminium Garnet (laser Nd: YAG), các chất màu pha lỏng khác nhau (lasermàu).

Hiện nay laser đã đợc ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các ngành khoa học,công nghệ và y tế Đặc biệt trong y tế, những ứng dụng laser đã đem lại nhữngthành tựu nổi bật

II: Nguyên lý hoạt động của laser

2.1: Các hiện tợng quang học cơ bản

Phổ năng lợng của các hệ vi hạt không phải là liên tục mà là gián đoạn Trong

điều kiện cân bằng, không có kích thích bên ngoài, hệ vi hạt thờng chiếmnhững mức năng lợng thấp nhất đợc gọi là những mức năng lợng cơ bản

Khi có tác dụng của các yếu tố bên ngoài nh tác dụng của bức xạ, tơng tác củacác hạt điện tử, ion, nguyên tử khác, tác dụng của điện trờng, nhiệt độ, hệ vimô có thể bị kích thích chuyển lên các trạng thái với mức năng lợng cao hơn.các trạng thái với năng lợng cao hơn trạng thái cơ bản đợc gọi là các trạngthái kích thích Có các hiện tợng quang học cơ bản sau đây:

2.1.1: Hiện tợng hấp thụ ánh sáng

Các nhân tử khác nhau có số điện tử khác nhau và nh vậy có số quỹ đạo khácnhau tơng ứng với nó là các mức năng lợng khác nhau Giả sử ta có một hệnguyên tử có hai mức năng lợng nh hình vẽ:

Hình 1.1: Mức năng lợng.

Khi chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc (chùm ánh sáng có các photon giốnghệt nhau và năng lợng của mỗi photon đúng bằng hiệu năng lợng của hai mức-E) thì khi photon đi vào môi trờng nó có thể bị các điện tử ở mức thấp E1 hấpthụ và nhờ có năng lợng này điện tử có thể nhảy lên mức E2 Hiện tợng này đ-

ợc gọi là hiện tợng hấp thụ

E



E2

E1E

Hình 1.2: Hiện tợng hấp thụ.

Nh vậy, hiện tợng hấp thụ ánh sáng là quá trình các điện tử ở mức thấp hấpthụ photon và nhảy lên mức năng lợng cao hơn hấp thụ luôn luôn làm ánhsáng yếu đi

2.1.2: Hiện tợng phát xạ tự do

Đây là quá trình xảy ra hoàn toàn ngẫu nhiên, điện tử khi nhảy lên mức kíchthích sau một thời gian nhất định ( gọi là thời gian sống của điện tử ở mứckích thích) nó lại trở về mức cơ bản Khi trở về mức thấp một năng lợng sẽ đ-

ợc tạo ra dới dạng nhiệt hoặc ánh sáng

E1

E2

E 1

Sự chuyển mức năng lợng này sẽ phát xạ ra photon có năng lợng E và có cáctính chất giống hệt với photon đã cỡng bức điện tử nhảy xuống nh hớngtruyền, độ phân cực, pha, tần Trong trờng hợp này photon kích thích không bịmất mát nh trong trờng hợp hấp thụ Photon ban đầu này vẫn tồn tại và duy trìnhững tính chất ban đầu của nó ta không thể phân biệt đợc sự khác nhaugiữa photon ban đầu với photon sinh ra từ dịch chuyển cỡng bức điện tử.

Tóm lại, phát xạ cỡng bức là sự phát xạ các photon giống hệt nhau do sự dịchchuyển cỡng bức của các điện tử dới tác dụng của các photon Hiện tợng phátxạ cỡng bức mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền : 1 sinh ra

Để có hiệu ứng Laser, tức là chùm ánh sáng đợc khuyếch đại thì thì ta phải tạo

ra một môi trờng đặc biệt mà ở đây hiện tợng phát xạ cỡng bức xảy ra phảimạnh hơn hiện tợng hấp thụ Hiện tợng này chỉ xảy ra trong môi trờng mà tại

đó các điện tử ở mức trên n2 lớn hơn số điện tử ở mức dới n1 Môi trờng nh vậy

đợc gọi là môi trờng nghịch đảo nồng độ (đảo ngợc độ tích luỹ) với n2> n1 Môi trờng đặc biệt có sự đảo ngợc độ tích luỹ nh ta nói ở trên là yếu tố cơ bảncủa mọi Laser Môi trờng đó gọi là hoạt chất của Laser hay gọi ngắn gọn làhoạt chất

Khi ánh sáng đi qua môi trờng nghịch đảo mật độ cờng độ ánh sáng tăng theohàm mũ với :

I I

x

)0()

0()

ở đây  < 0

Ngoài hoạt chất, mỗi Laser bất kì còn phải có yếu tố khác là nguồn nuôi, yếu

tố cung cấp năng lợng cho hoạt chất laser để tạo và duy trì sự đảo ngợc độ tíchluỹ các điện tử ở môi trờng laser và buồng cộng hởng

Nh vậy tiền đề cho quá trình khuyếch đại là:

- Tạo ra và duy trì môi trờng đảo mật độ, quá trình này đợc gọi là quátrình bơm

- Tạo điều kiện để phát xạ cỡng bức áp đảo phát xạ tự nhiên Để thựchiện đợc điều này ngời ta sử dụng các loại buồng cộng hởng

2.2.2: Quá trình bơm

Môi trờng nằm trong trạng thái nghịch đảo mật độ là trạng thái không bền vàcác nguyên tử luôn có xu hớng trở về trạng thái cân bằng Vì vậy, muốn duytrì trạng thái nghịch đảo mật độ phải thờng xuyên tiêu tốn một năng lợng đểkích thích hệ hạt Quá trình kích thích hệ hạt này đợc gọi là quá trình bơm.Quá trình bơm , kích thích tuỳ thuộc vào loại hệ, có thể tực hiện bằng nhiềucách: phơng pháp kích thích bằng quang học( bơm quang học), và phơng phápkích thích băng điện (bơm điện)

*Bơm quang học:

Đây là phơng pháp kích thích hệ bằng bức xạ điện từ nói chung, bao gồm:viba, hồng ngoại, ánh sáng, tia tử ngoại …Đây là phơng pháp kích thích đợcdùng phổ biến

Trong mô hình hai mức năng lợng, ở trạng thái cân bằng nếu E1 < E2 thì N1 >N2 Nếu chúng ta kích thích hệ bằng cách dọi vào hệ ánh sáng có tần số đápứng điều kiện h = E2- E1, thì N2 sẽ tăng lên, N1 giảm xuống và N1+ N2 = N =const, N là số nguyên tử của cả hệ Nh đã biết nếu tăng công suất bơm thì N

= N1- N2 sẽ giảm dần Tuy nhiên tính toán cho thấy rằng N chỉ có thể tiến tớikhông, nghĩa là N2N1, chứ không thể đạt đợc N2 > N1 Nghĩa là trong hệ haimức năng lợng, bằng phơng pháp bơm quang học ta không thể đạt đợc môi tr-ờng đảo mật độ Trong trờng hợp N = 0, N1= N2 đợc gọi là hiệu ứng bão hòa.Hiệu ứng bão hòa càng dễ đạt đợc khi thời gian sống của trạng thái ứng với E2càng lớn Trạng thái của hệ khi N1= N2 gọi là trạng thái bão hòa, trong trạngthái này hệ không hấp thụ cũng không phát xạ Mặc dù hiệu ứng bão hòakhông cho phép ta tạo ra môi trờng đảo mật độ nhng nó đóng vai trò quantrọng trong việc tạo ra môi trờng đó bằng mô hình ba mức, bốn mức

Hình 1.5: Sơ đồ ba mức năng lợng

Giả sử ta có một hệ nguyên tử có ba mức năng lợng nh ở hình trên với cácthông số E1, N1; E2, N2, 2; E3, N3, 3, trong đó E1 < E2 < E3 là năng lợng tơngứng của ba mức, N1+ N2+ N3 = N, N1, N2, N3 là nồng độ nguyên tử ở ba trạngthái, N là nồng độ toàn phần 2, 3 là thời gian sống của trạng thái E2, E3 tơngứng Nếu trong một hệ ba mức với 3 < 2 chúng ta không thể dùng bơm quanghọc có bớc sóng h = E3- E1 để đạt đợc trạng thái bão hòa N1= N3 vì chuyểnmức tự phát E3E2 lớn Tuy nhiên có thể bằng cách này làm tăng nồng độ N2

và nhờ đó mà thiết lập đợc sự đảo mật độ giữa hai mức E2 và E1 để thu đợcphát xạ cỡng bức h = E2- E1

áp có khí…Trong laser khí chính những nguyên tử hoặc phân tử kích thíchhóa sẽ tạo nên nghịch đảo nồng độ và cho bức xạ cảm ứng Ngời ta có thể thựchiện phóng điện bằng năng lợng cao tần hoặc điện áp một chiều

Bơm điện cũng đợc dùng trong laser bán dẫn bằng cách đặt điện áp vào mẫu

để phun hạt dẫn vào mẫu tạo ra môi trờng đảo mật độ

E1

E3

cộng hởng chỉ đợc giới hạn bởi hai mặt phản xạ ở hai đầu còn các mặt khác

đều hở nên thờng gọi là buồng cộng hởng hở

Việc sử dụng buồng cộng hởng hở trong kỹ thuật laser là một điều bắt buộc.Buồng cộng hởng có hai chức năng sau đây:

* Thực hiện hồi tiếp dơng

Tuy môi trờng hoạt tính đặt trong buồng cộng hởng có khả năng khuếch đạitín hiệu đi qua nó theo luật hàm số mũ, nhng độ khuếch đại này không lớn vìchiều dài của hoạt chất là có hạn Để có đợc khuếch đại lớn phải tăng kích th-

ớc của hoạt chất lên rất nhiều lần Ví dụ nếu dùng hoạt chất là khí CO2, để có

đợc công suất đầu ra là 1W cần phải sử dụng một ống chứa khí dài 104 m, điềunày không thể thực hiện đợc Vì vậy, vấn đề tăng chiều dài của hoạt chất phải

đợc sử dụng bằng cách khác Chính nhờ buồng cộng hởng quang học mà màviệc tăng chiều dài của hoạt chất đợc giải quyết một cách đơn giản Trongbuồng cộng hởng tia sáng đợc phản xạ nhiều lần và đây chính là biện pháptăng quãng đờng đi của tia

Hình 1.6 : Sự hình thành hồi tiếp dơng trong buồng cộng hởng

Quá trình xảy ra nh sau: Giả sử, dịch chuyển tự phát của nguyên tử nào đótrong buồng cộng hởng xuất hiện một sóng ánh sáng Sóng sẽ đợc khuếch đạilên do các dịch chuyển cỡng bức khi nó đi qua lớp hoạt chất Khi tới mặt phảnxạ, một phần sóng ánh sáng có thể bị mất do hiện tợng hấp thụ hoặc truyềnqua, nhng phần chủ yếu đợc phản xạ trở lại và đợc tiếp tục khuếch đại lên trên

đờng đi tới mặt phản xạ kia Tại đây cũng sẽ sảy ra quá trình tơng tự và cứ nhvậy, sau rất nhiều lần phản xạ ta sẽ thu đợc dòng bức xạ có cờng độ lớn

Khuếch đại ở đây không thể nào lớn vô cùng đợc, nó bị giới hạn bởi công suấtcủa nguồn bơm Vì vậy cờng độ bức xạ chỉ tăng đến khi thiết lập đợc điềukiện cân bằng năng lợng

* Tạo ra bức xạ định hớng, đơn sắc, kết hợp

Do buồng cộng hởng là hở nên những sóng truyền dọc theo trục của buồngcộng hởng sẽ đi qua hoạt chất nhiều lần và đợc khuếch đại lên Những sóng

ánh sáng này xác định công suất ra của laser Còn những sóng ánh sáng nàolan truyền dới những góc lệch tơng đối lớn so với trục của buồng cộng hởngthì sau một vài lần phản xạ sẽ thoát ra ngoài Vì vậy bức xạ hình thành ở cửa

ra của buồng cộng hởng có tính định hớng rất cao Trong quá trình phản xạnhiều lần giữa hai gơng, pha của sóng 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 Cuốicùng nhờ có buồng cộng hởng có thể thực hiện đợc các phơng pháp chọn lọcdao động khác nhau để thu đợc bức xạ trong một dải phổ rất hẹp, gần nh đơnsắc Nh vậy có thể nói rằng, buồng cộng hởng quang học đóng vai trò quyết

định trong việc hình thành các tính chất của laser

Hệ số phẩm chất của buồng cộng hởng: Q= 2Ed/ P0

Ed: năng lợng dự trữ trong buồng cộng hởng

P0: năng lợng trung bình bị tiêu hao trong 1s

Buồng cộng hởng có nhiều dạng khác nhau Loại đơn giản và thông dụng nhất

là hệ gồm hai gơng phẳng đặt song song (trong quang học ngời ta gọi hệ cộnghởng này là giao thoa kế Fabri- Perot) Buồng cộng hởng gồm hai gơng phẳng

đòi hỏi khắt khe về độ song song của các gơng và vì thế rất khó chỉnh nhng nólại cho bức xạ có độ định hớng cao Loại này thờng đợc sử dụng trong cáclaser rắn và laser bán dẫn

Trong buồng cộng hởng quang học đặc biệt cần chú ý đến đặc điểm cấu tạo vàyêu cầu kỹ thuật đối với các gơng Yêu cầu cơ bản của các gơng laser là phải

đảm bảo sao cho tổn hao trong vật liệu dùng làm bề mặt phản xạ là nhỏ nhất.Hiện nay, trong kỹ thuật laser phần lớn các gơng mạ bạc, nhôm hoặc mạ vàng

đã đợc thay thế bằng các gơng điện môi nhiều lớp So với các gơng có lớp phủkim loại thì gơng điện môi nhiều lớp có một loạt u điểm nổi bật: tính chọn lọc

và hệ số phản xạ cao, phần năng lợng bị tiêu hao do hấp thụ rất nhỏ Vì vậycác gơng điện môi nhiều lớp có thể đảm bảo đợc hệ số phẩm chất của buồngcộng hởng rất cao, chịu đợc năng lợng bức xạ lớn và tuổi thọ của gơng cũngrất cao

III: Các tính chất cơ bản của laser

Laser là một nguồn sáng, tuy nhiên đây là một nguồn sáng đặc biệt và chínhnhững tính chất đặc biệt ấy đảm bảo hiệu quả cao trong việc ứng dụng vào

những lĩnh vực khác nhau của cuộc sống Laser có những tính chất điển hìnhsau:

3.1: Độ định hớng cao

Từ nguyên lý hoạt động của laser ta thấy laser phát theo một hớng vuông gócvới gơng của buồng cộng hởng Tia laser phát ra hầu nh dới dạng chùm sángsong song Tuy vậy do ảnh hởng nhiễu xạ ở biên của chùm tia, tia laser phát ravới một góc mở nhất định nh hình:

Hình 1.7: Góc mở của chùm tia laser

Từ lâu con ngời đã rất cần những nguồn sáng song song trớc hết dùng để đo

xa, liên lạc, dẫn đờng nh các đèn pha, đèn chiếu…Những chùm sáng này cógóc mở cỡ vài độ, góc chiếu xa tới khoảng 5- 10 km Đối với laser góc mở cóthể đạt giá trị rất nhỏ cỡ vài phút góc (1 phút góc = 1/60 độ), có trờng hợp chỉvài giây góc Vì vậy laser có thể chiếu đi rất xa cỡ hàng nghìn cây số

3.2: Tính đơn sắc rất cao

Độ đơn sắc của nguồn sáng đợc hiểu là chùm sáng đó có một màu và khảnăng tập trung năng lợng vào một màu ấy Với ý nghĩa nh vậy laser đúng làmột nguồn sáng đặc biệt mà không một nguồn sáng nào khác có thể so sánh

đợc Những máy quang phổ có thể cho ánh sáng một màu với độ tinh t ơng

đ-ơng với laser nhng lại thua laser cỡ 1 tỷ lần về tập trung năng lợng Mặt trời cóthể cho năng lơng rất lớn nhng lại rải trên nhiều màu Vì vậy tính đơn sắc rấtquan trọng trong việc sử dụng laser nh một thiết bị vật lý trị liệu thông qua

điều trị bằng ánh sáng phụ thuộc rất nhiều vào độ đơn sắc

3.3: Tính kết hợp của các photon trong chùm tia laser

Tính kết hợp của ánh sáng đợc hiểu là sự hoạt động nhịp nhàng của cácphoton trong chùm sáng ấy Độ nhịp nhàng càng cao thì tính kết hợp càng lớn

và trong trờng hợp các photon hoạt động một cách hỗn loạn thì tính kết hợpbằng không Tia laser nh chúng ta đã biết sinh ra trên cơ sở của hiện tợng phátxạ cỡng bức, do vậy các photon của tia laser giống hệt nhau Tính giống hệtnhau đó đảm bảo cho sự hoạt động nhịp nhàng của tia laser Chính tính kếthợp của tia laser đảm bảo cho laser có rất nhiều ứng dụng đọc đáo: khả năngkhoan lỗ cực nhỏ, cắt vết nhỏ và tinh và một loạt những đo đạc quan trọngkhác trong ngành quang phổ

3.4: Tính chất từ phát liên tục đến phát xung cực ngắn

Thời gian ban đầu thông thờng ngời ta chế tạo các laser phát liên tục hoặcphát xung cờng độ tự do với độ dài xung cỡ ms Nhng với tiến trình phát triểncông nghệ cao trong lĩnh vực laser, ngời ta đã đạt đợc việc phát đồng bộ chế

độ, cho phép tập trung năng lợng laser trong thời gian xung cực ngắn chỉ cỡnano giây hoặc pico giây Cho đến nay cũng chỉ có laser có khả năng phát vớithời gian ngắn nh vậy

3.5: Công suất phát laser

Công suất của laser thay đổi tùy theo từng loại cụ thể Có những loại laserphát xung đạt công suất 1- 100 triệu kW nh laser thủy tinh Nd Những laserliên tục cũng có thể đạt công suất tối đa 1000 kW

Trong y học thờng sử dụng laser excimer, laser Nd: YAG phát xung với côngsuất 10000 kW đến 10 triệu kW, laser CO2, laser Argon phát liên tục từ 1- 100

W, trong vật lý trị liệu thông thờng sử dụng laser He- Ne và laser bán dẫn cócông suất trung bình từ 0,1- 10 mW

Tóm lại, laser là nguồn ánh sáng đơn sắc nhân tạo với những tính chất độc

đáo, phong phú về cả chất và lợng Chính vì vậy laser đã đợc ứng dụng rộng

rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của xã hội Để ứng dụng laser trong y tếchúng ta cần quan tâm tới các thông số trong bảng trên.

IV: Phân loại laser

Có 4 phơng pháp để phân loại laser:

- Phân loại theo môi trờng hoạt chất

- Phân loại theo chế độ làm việc

- Phân loại theo bớc sóng

- Phân loại theo chế độ an toàn

4.1: Phân loại theo môi trờng hoạt chất.

Phơng pháp phân loại laser phổ biến nhất hiện nay chủ yếu dựa vào trạng tháicủa môi trờng hoạt chất còn tên gọi của Laser xuất phát từ tên gọi của môi tr-ờng hoạt chất đó

Hiện nay Laser phân loại theo môi trờng hoạt chất đợc phân thành 3 loại sau:

Các laser rắn thông thờng có nguồn nuôi laser là các đèn sáng phóng điện khí.Các laser bán dẫn đợc nuôi bởi hiệu điện thế thuận

- Laser thể lỏng.

Đây là những laser có môi trờng hoạt chất ở thể lỏng Có khoảng 100 chấtlỏng khác nhau có thể sử dụng để phát laser Thông dụng hiện nay là các loạichất mầu pha lỏng trong các môi trờng khác nhau đợc sử dụng làm hoạt chất.Nguồn nuôi của những laser thể lỏng là những đèn khí phát sóng công suấtlớn hoặc một laser khác

Laser màu đợc sử dụng rộng rãi nh hiện nay là do nó có u điểm là có khả năng

có thể thay đổi màu( bớc sóng) của tia laser

- Laser thể khí.

Laser thể khí là những laser có môi trờng hoạt chất là thể khí Có vài trăm loạikhí khác nhau có thể dùng làm hoạt chất của laser

Các laser khí đợc sử dụng rộng rãi trong y tế hiện nay là laser khí CO2 laserHe-Ne.

Nguồn nuôi của laser khí thông thờng là các nguồn điện cao áp đặt vào điệncực trong một ống thuỷ tinh, thạch anh có chứa khí tơng ứng

4.2: Phân loại theo chế độ làm việc.

Theo phơng pháp này ta có 4 loại chính:

4.3: Phân loại theo bớc sóng.

Phân loại theo bớc sóng có 3 loại:

- Laser có bớc sóng trong vùng cực tím

- Laser có bớc sóng trong vùng nhìn thấy

- Laser có bớc sóng trong vùng hồng ngoại

Hình 1.8 Những Laser chính và bớc sóng của chúng.

4.4: Phân loại theo chế độ an toàn.

Phân loại theo chế độ an toàn có 5 loại:

Nd:YAG Laser

Lasser bán dẫn Laser Rubi Laser Kr Laser He- Ne

193nm 308nm

249nm Laser excimer

Laser Ar 488nm

- Lo¹i IV.

-Lo¹i I.

§©y lµ lo¹i laser kh«ng cã kh¶ n¨ng g©y h¹i tíi m¾t vµ da trong suèt qu¸ tr×nh

sö dông bëi híng trùc tiÕp hoÆc híng ph¸t x¹

C«ng suÊt cña lo¹i laser nµy thÊp h¬n 10W

I: T¬ng t¸c cña laser víi tæ chøc sèng

1.1: C¬ chÕ t¬ng t¸c cña bøc x¹ laser víi tæ chøc sèng

1.1.1: Tơng tác laser mô tế bào

Đáp ứng quang của mô tế bào với laser đợc mô tả trong hình 1 Một chùmlaser đợc phản xạ tại bề mặt theo định luật Fresnel

Hình 2.1: Tơng tác quang của chùm laser với mô tế bào

Phản xạ không khí- tế bào xấp xỉ 2,5 khi chùm laser đợc chuẩn với mô tếbào Tán xạ ánh sáng mô tế bào tạo nên phản xạ khuếch tán

2

1 )

) (

) (

sin

) (

sin

2

2 2

2

t i

t i t

i

t i

z t e

E z

 )

E0 là phát xạ bề mặt (w/m2), t là hệ số suy hao (1/m), R là hệ số phản xạFresnel Tán xạ của chùm sáng lại bị tán xạ đến khi chúng bị hấp thụ, bị phảnxạ khuếch tán hay bị truyền đi (truyền khúc xạ) Đo lợng tế bào liên quan, sựtruyền của ánh sáng tán xạ đợc miêu tả trong phơng trình truyền hơn là phơngtrình Maxwell

Độ phát xạ L(w/m2.số) theo hớng s tại điểm r là:

dw s r l s s p s

r L s

r L

n

) , ( ) , ( )

, ( )

p(s.s,)=p(s,s,)=p(cos) (4)Trong đó  là góc tán xạ Tham số cosine của hàm pha là hệ số đẳng hớng (g).Anhs sáng đợc tán xạ về phía trớc trong tế bào và giá trị của g thờng nằm

Phản xạ trong

Phản xạ phản chiếu

trong khoảng 0,7- 0,99 Những đo đạc thực nghiệm hàm p() cho thấy nó códạng hàm Henry Greenstein

(r)= l r s dw



4

, ) ,

Trong phạm vi cửa sổ này và thậm chí với các bớc sóng nhìn thấy thấp hơn,khi tế bào không sắc tố hay màu, tần số liên quan tới ánh sáng khúc xạ lớnhơn nhiều so với tần số suy hao của chùm laser Do đó tán xạ đợc chuyển đimột phần lớn hơn so với phát xạ Đo hệ số phát xạ khuếch tán theo hàm của b-

ớc sóng ngay dới bề mặt của tế bào phát xạ thờng lớn hơn chính phát xạ đó

Hình 2.2: Hệ số hấp thụ của (a): Protein và các acid amin, (b) hồng cầu, (c):

melamin, (d): huyết tơng

Tần số sinh nhiệt Q (W/m3) liên quan với hấp thụ sáng trong tế bào liên quanmột cách lý thuyết với:

Q(r)= a(r)(r) (6)Trong đó tần số  gồm ánh sáng tới và khúc xạ Khi quan tâm tới tán xạ phảitính tần số theo phơng trình (3) và (5) để loại trừ tỉ lệ sinh nhiệt theo (6) Tuynhiên nếu hấp thụ trội hơn, ta dùng phơng trình (2) Quyết định tỷ lệ sinhnhiệt là công việc trung tâm để tiên đoán các tơng tác quang nhiệt

Sự liên quan giữa tần số hấp thụ và tỷ lệ sinh nhiệt đợc minh họa trong hình2.3 với lớp mô tế bào hồng cầu Sự hấp thụ của lớp dới gấp bốn lần đầu Tần

số đạt đợc theo luật hấp thụ Mặc dù ánh sáng đến lớp thứ hai ít hơn so với lớpthứ nhất nhng tần số sinh nhiệt của mm đầu tiên của lớp thứ hai vẫn lớn hơn

Do đó lựa chọn bớc sóng ta có thể nhắm đến các lớp trong của tế bào

Hình 2.3: Liên hệ giữa tần số (trái) và tần số (phải) của hai lớp tế bào hồng cầu (Hệ số hấp thụ của lớp động mạch là 1 cm -1 và 4 cm -1 ) với lớp thứ hai (không có tán xạ)

Quá trình quang- nhiệt của tơng tác laser-tế bào đợc tổng kết trong hình 2.4

Ví dụ quá trình phát triển của mẫu toán học trong điều trị bỏng phải bao gồmphân bố ánh sáng, tần số sinh nhiệt và truyền nhiệt Tại mỗi bớc trong quátrình ta phải hiểu lý tính của mô tế bào

1 2

S 1

0 = 1= (0) [W/cmW/cm 2 ]

Hình 2.4: Quá trình quang nhiệt trong tơng tác laser- mô tế bào

Quang hóa trị liệuQuang cộng hởng

50)Tiêu màng (phù nề), biến dạng mô, biếntính enzyme

Bảng 2.1: Phân loại tơng tác giữa bức xạ laser và cơ thể sống

Thông số quang Hệ số hấp thụ Các đặc tính nhiệt

Sự phân bố laser Tỷ lệ sự hấp thụ nhiệt Truyền nhiệt

Quá trình quang hóa

Sự cắt bỏ Mở rộng tổn

th ơng nhiệt

Hệ số tỷ lệ Nhiệt độ tới hạn

Laser

r

Các hiệu ứng trên có vai trò không nh nhau trong ứng dụng Quang cảm ứngchính là cơ sở cho cho việc dùng laser công suất thấp nh He-Ne hay bán dẫnhồng ngoại Quang hóa trị liệu đợc dùng trong ung th học để phá hủy các khối

u (phơng pháp quang đông học PDT) Tăng nhiệt bằng laser đợc dùng nh một

kỹ thuật nhiệt trị ung th mới, kể cả u lành tính và u ác tính và đặc biệt là trong

điều trị u phì đại tuyến tiền liệt Quang đông và bay hơi tổ chức là hai hiệuứng nổi bật, tạo cơ sở cho việc ứng dụng mang tính cách mạng của laser trongngoại khoa Trong khi đó tuy mới xuất hiện nhng kỹ thuật tạo hình mạch bằnglaser excimer hay laser phá sỏi qua nội soi đã cho kết quả đầy ấn tợng lại cócơ sở vững vàng ở hiệu ứng bóc lớp hay quang phân cắt

1.1.3: Tham số vật lý ứng với các dạng tơng tác

Nh bất kỳ một tác nhân vật lý nào, có hai tham số quy định mức độ tơng táccủa laser với tổ chức sống Đó là mật độ công suất (hay mật độ năng lợng) vàthời gian tơng tác Hình 2.5 và hình 2.6 phản ánh mối quan hệ định lợng giữacác tham số đó với các hiệu ứng tơng tác sơ cấp của laser

Hình 2.5: Giản đồ các quá trình quang học thời gian- mật độ công suất laser

Từ các sơ đồ có thể thấy rõ, mức công suất nhỏ (100 - 105W/cm2) đòi hỏi mộtthời gian tơng tác rất lớn (101 - 105s) để có các hiệu ứng quang hoá Ngợc lại,mức công suất càng lớn đòi hỏi thời gian tơng tác càng ngắn để gây một hiệuứng tơng tác nào đó

Hiệu ứng phi tuyến

Hình 2.6: Sơ đồ mật độ năng lợng- thời gian tơng tác để cắt mô bằng laser

Bảng 2.2 : Tơng quan giữa các hiệu ứng sơ cấp với mật độ công suất và thời

gian tác dụng

Sau đây là một số đặc điểm của các hiệu chính:

 Hiệu ứng quang sinh học: bao gồm các quá trình kích thích sinh họcthông qua một loạt các phản ứng quang hóa và các quá trình quang

động học (photodyanamic) Các quá trình xảy ra khi khi tia laser có mật

độ công suất cỡ 10-4 W/cm2, thời gian chiếu từ 10 giây đến chục phút

 Hiệu ứng quang đông tổ chức: Khi các tổ chức hấp thụ laser và nhiệt độtăng lên khoảng 80C sẽ làm bay hơi nớc gây co vón các tổ chức đó

 Hiệu ứng bốc bay tổ chức: Khi laser có công suất lớn và đợc hội tụ lêncác tổ chức sinh học, nhiệt độ tại vùng chiếu có thể vợt 200C300C.Các tổ chức sinh học bị đốt cháy và bốc bay để lại các vùng lân cận bịbỏng hoặc hoại tử với những mức độ khác nhau

 Hiệu ứng quang phi tuyến: Bao gồm các quá trình quang cơ và quangbóc lớp (photoablation) hiện mới đang nghiên cứu và ứng dụng Cácquá trình mang tính chất phi tuyến và phụ thuộc đáng kể vào mật độcông suất

1.2: Sự tán xạ, sự hấp thụ và độ xuyên sâu

Vi nổ Bóc lớp Bay hơi Quang đông

1012 10

3

1.2.1: Sự tán xạ

Sự tán xạ đợc tìm thấy duy nhất tại đờng biên giới giữa các vùng có sự khácnhau về sự biểu thị quang học và là cách thức trong đó năng lợng của sự bứcxạ đợc duy trì Mô sinh vật là cấu trúc không đồng nhất tại phạm vi cực nhỏ,

ví dụ nh kích thớc của tế bào và dới mức tế bào, và tại phạm vi vĩ mô ví dụ nhkích thớc tập hợp tế bào (mô), và phần lớn chứa nớc, protein, lipid, tất cả cácthành phần hóa học khác Kết quả của sự tán xạ là độ lệch phơng bức xạ Độlệch là mạnh nhất khi độ dài bớc sóng và sự tán xạ là có thể so sánh đợc vớikích thớc và khi chiều dài bớc sóng vợt qua độ lớn hạt phân tử

1.2.2: Sự hấp thụ

Ngoài sự hấp thụ còn có hàng loạt quá trình ảnh hởng đến sự xuyên sâu nhphản xạ trên bề mặt mô, sự khúc xạ giữa các mặt phân cách, sự tán xạ trên cáchợp phần mô…Khi bỏ qua tán xạ, sự hấp thụ laser trong mô đợc đặc trng bởihai tham số Đó là khả năng hấp thụ và độ sâu hấp thụ

Khă năng hấp thụ đợc xác định bằng tỉ số giữa phần năng lợng bị mô hấp thụ

và năng lợng toàn phần đến bề mặt mô Tỷ số này luôn nhỏ hơn 1

Độ sâu hấp thụ xác định phân bố không gian của năng lợng hấp thụ trong môitrờng Trong trờng hợp đơn giản nhất (suy hao theo hàm số mũ cơ số e theo

định luật Lambert- Beer) thì độ sâu hấp thụ bằng khoảng cách mà trên đócông suất bức xạ giảm đi e lần so với công suất bề mặt Đại lợng ngợc với độsâu hấp thụ là hệ số hấp thụ, có đơn vị là cm-1

mô

sóng(nm)

Bớc sóng(nm)

+++++++

+ + +

Pigments

Oxyhemoglobin Máu

Mạch Các

514,5

mô

Máu Mạch Các mô

575 (p)

970 (p) 690-1100 (r)

532

810 1064 400-700 1064

CO 2

2100 2940 10640

Bảng 2.3 : Sự phát xạ UV-IR- Sự hấp thụ của các mô sinh vật và chiều dài bớc

Sự hấp thụ phụ thuộc trớc hết vào bản chất của bức xạ laser, nói cách khác nó

là hàm số của bớc sóng Sự hấp thụ còn phụ thuộc vào đặc trng sinh học của tổchức sống Trong đó ta đặc biệt chú ý đến sự hấp thụ của nớc ở vùng tử ngoại

và hồng ngoại là rất lớn Vì cơ thể chứa hơn 80 là nớc nên các laser tử ngoại

và hồng ngoại có u thế lớn trong phẫu thuật Còn sự hấp thụ của HbO2 thì chỉ

đạt tới mức độ lớn ở vùng hồng ngoại, điều này giải thích vì sao các laserexcimer có u thế lớn trong tạo hình mạch

1.2.3: Độ xuyên sâu

Độ xuyên sâu và phân bố bức xạ đã đợc nghiên cứu và qua đó đã đa ra đợc sơ

đồ tổng quát cho các loại laser thông dụng thuộc vùng nhìn thấy, tử ngoại vàhồng ngoại nh hình 2.7

Hình 2.7 : Độ xuyên sâu qua da của ánh sáng phụ thuộc vào bớc sóng

UV: Ultra Violet (Tia tử ngoại)

VIS: Visualization (Tia ở trong vùng nhìn thấy)

IR: Infra Red (Tia hồng ngoại)

Từ đồ thị ta thấy các laser bớc sóng khác nhau sẽ gây tổn thơng khác nhau nếu

có cùng công suất tới Các tia laser tử ngoại xa C) và tử ngoại trung B) chỉ gây các vết ban đỏ (erythema) lên bề mặt da trong khi các loại laserkhác có cùng công suất lại có thể gây nên vết bỏng độ sâu khác nhau Vùng

(UV-ánh sáng nhìn thấy (VIS) và vùng hồng ngoại gần (IR-A) ứng với độ xuyênsâu cực đại, sau đó độ xuyên sâu giảm dần theo chiều tăng của bớc sóng và

đến vùng hồng ngoại xa Điển hình là CO2 thì độ xuyên sâu lại trở về giá trịcực tiểu nh vùng tử ngoại xa và trung bình Đây là cơ sở để giải thích u thế củalaser CO2 trong phẫu thuật (do độ xuyên sâu thấp toàn bộ năng lợng bức xạ đ-

ợc phân bố trên một lớp mỏng làm cho việc cắt mô tiến hành dễ dàng và có độchính xác cao Ngợc lại laser Nd:YAG có độ xuyên sâu cao, năng lợng phân

bố trên một diện tích đủ lớn nên loại laser này có u thế khi cần dùng đến cáchiệu ứng quang đông

Trong nghiên cứu và trong thực hành, thờng quan tâm đến độ xuyên sâu trungbình và độ xuyên sâu 10 Các đại lợng này đợc đánh giá từ định luậtLambert-Beer mô tả sự suy giảm cờng độ chùm bức xạ tới:

I= I0exp(-d)Trong đó:

I0: cờng độ bức xạ ở bề mặt mô

: hệ số suy giảm (bằng tổng các hệ số hấp thụ và tán xạ)

Độ xuyên sâu trung bình và độ xuyên sâu 10 tơng ứng với độ dày da chophép truyền qua nó là 37 và 10 cờng độ chùm tia bức xạ tới Chúng cũng

là hàm của bớc sóng (hình 2.8 )

Trong dải bớc sóng khảo sát, cả hai đại lợng đều tăng theo chiều tăng của 

Ví dụ, với Nd: YAG (= 1060nm) thì 10 bức xạ xuyên qua đợc lớp da 3,7mm; trong đó với laser Argon (= 515nm) lớp da tơng ứng chỉ là 1,2 mm ởvùng hồng ngoại xa (không biểu diễn trên hình), với laser CO2 độ hấp thụ củanớc mạnh đến mức độ xuyên sâu trung bình chỉ ở mức nhỏ hơn 0,1mm

Hình 2.8 : Độ xuyên sâu trung bình và 10  của da ngời

Mối tơng quan định lợng giữa độ truyền qua và độ dày da ngời với các loạilaser khác nhau cũng gây nhiều chú ý Với từng loại laser, độ truyền qua làmột hàm số của độ dày Tơng quan giữa chúng cũng khá đơn giản:

- Độ dày mẫu càng lớn, sự hấp thụ càng mạnh, độ truyền qua càng yếu

Độ dày 3,7mm chỉ cho không quá 10 bức xạ truyền qua nó

- Laser vùng hồng ngoại gần có độ xuyên sâu (độ truyền qua cực đại) Vìthế chúng có u thế trong châm cứu (laser lạnh) và trong quang đông(laser nóng)

Phân bố bức xạ trong tổ chức sinh học cũng là yếu tố đáng quan tâm, vì nóxác định khả năng ứng dụng mức độ lớn Nếu bức xạ chỉ hấp thụ mà không cótán xạ thì sự lan truyền sau mẫu là không đổi dọc trục quang học và đồ thị củacác loại laser khác nhau chạy song song với trục này Những bức xạ luôn luôn

400 500 600 700 800 900 1000 1100 (nm)

4 3 2 1 0

T= 10%

T= 37%

d (mm)

bị tán xạ nên sự lan truyền sẽ giảm theo khoảng cách và tính song song bị phábỏ.

Từ bảng số liệu sau có thể thấy độ xuyên sâu của laser ngoài sự phụ thuộc vàobớc sóng còn phụ thuộc rất mạnh vào bản chất mô Mô cơ có độ truyền qualớn nhất, tiếp theo là ruột non, gan, phổi…Da gần nh có độ truyền qua kémnhất, chủ yếu là do tán xạ mạnh

-Bảng 2.4 : Độ xuyên sâu của bức xạ laser trong các loại mô chuột (mm)

Thực ra độ xuyên sâu của laser không chỉ phụ thuộc vào hấp thụ và tán xạ màcòn phụ thuộc rất nhiều vào sự phản xạ trên bề mặt mô Bớc sóng bức xạ lasercàng dài thì sự phản xạ càng yếu Trên bề mặt da của ngời và động vật, sựphản xạ của laser tử ngoại gần và nhìn thấy (laser N2, He-Cd, Argon, He-Ne,Ruby) khoảng 30-40, còn đối với laser Nd: YAG (ở vùng hồng ngoại gần) làkhoảng 20-35 Với laser CO2 nằm ở vùng hồng ngoại xa, phản xạ chỉ chiếm5% bức xạ tới

Một điều rất có ý nghĩa trong ung th học là các khối u hấp thụ bức xạ laser rấtmạnh Với laser Ruby, các khối u có thể hấp thụ 20-100% bức xạ chiếu tới.Với Nd: YAG sự hấp thụ có thể giảm 2 lần so với Ruby

Bảng số liệu 2.5 khẳng định rằng sự hấp thụ laser phụ thuộc vào độ phản xạcủa mô Nhờ lợng melanin phong phú, các melanoma hấp thụ laser rất mạnh

Sự phụ thuộc nh vậy cũng đợc Derlemenko (1969) và Danko (1972) nhận thấykhi với cùng một mẫu dày 1 mm , mô cơ cho 27-32% bức xạ truyền qua, cònmô gan là 20-23% Với các mô 6 mm, các con số tơng ứng là 2 và 1,5% Điềunày cũng phù hợp với kết luận rút ra từ bảng Mô cơ có độ truyền qua lớnnhất, tức là có độ hấp thụ nhỏ nhất Ơ đây mô gan sẫm màu hơn đã hấp thụbức xạ laser mạnh hơn

Loại u Dòng chuột Năng lợng hấp thụ % Tỷ số năng

lợng hấp thụcủa Ruby vàNd: YAG

Ruby694,3 nm

2622

2,191,68Adenocarcinoma tuyến

1.2.4: Kết luận

Sự hấp thụ và độ xuyên sâu là hai yếu tố có vai trò hàng đầu trong việc xác

định khả năng ứng dụng của laser trong y học Hai đại lợng này tỷ lệ nghịchvới nhau một cách phức tạp, và để đơn giản ta có thể coi chúng ở dạng hàm e

mũ (định luật Lambert- Beer)

Sự hấp thụ phụ thuộc vào bớc sóng của bức xạ laser và vào hệ số hấp thụ Nóicách khác, nó phụ thuộc vào bản chất vật lý của laser và đặc trng sinh học của

Độ hấp thụ của hemoglobin có cực đại ở vùng tử ngoại nên các laser excimer(vùng tử ngoại) có u thế trong tạo hình mạch

Độ xuyên sâu của laser Co2 (= 10,6m, ở vùng hồng ngoại xa) là rất thấpnên có u thế trong phẫu thuật nh là một con dao mổ đặc biệt.

Các khối u có độ hấp thụ laser mạnh, cho phép dùng laser trong ung th họcVì tất cả các nguyên nhân trên nên bức xạ laser chỉ xuyên sâu đợc một độ sâutới một vài mm trong các tổ chức sinh học Khi ứng dụng laser vào trong ysinh học ta cần ghi nhớ điều này

II: ứng dụng kỹ thuật laser trong y học

2.1: Giới thiệu chung

Trong khi ở một số lĩnh vực khác, công nghệ laser đã có kinh nghiệm ứngdụng hàng chục năm thì ở lĩnh vực y học việc ứng dụng kỹ thuật laser chỉ mới

ở giai đoạn khởi đầu Riêng trong lĩnh vực phẫu thuật, hiện nay công nghệlaser đã tìm đợc cho mình một chỗ đứng khá vững chắc Các phơng pháp ápdụng trong lĩnh vực này đều tận dụng đợc những tính chất vật lý của laser, đặcbiệt là cho phép làm việc chính xác trong một khoảng thời gian ngắn, đồngthời hạn chế rất nhiều việc đòi hỏi sức chịu đựng của bệnh nhân Các lĩnh vựcứng dụng trải dài từ hiệu ứng kích thích sinh học, quang cắt và phá hủy cáccấu trúc sinh học bằng nhiệt tới việc lấy đi và là phẳng các mô Gần đây côngnghệ laser cũng đã thâm nhập vào ngành chuẩn đoán y học và nha khoa

Dới tác dụng của ánh sáng laser, mô sinh học sẽ thay đổi cấu trúc của nó ở

đây các quá trình xảy ra giữa các photon và các phân tử về chi tiết hầu nh cha

đợc giải thích Dạng và tiến trình các phản ứng phụ thuộc vào bản chất của mô

bị chiếu xạ cũng nh vào bớc sóng, mật độ năng lợng và thời gian chiếu xạlaser đã dùng Chúng đợc chia thành ba loại : Các hiệu ứng quang hóa ở mật

độ công suất thấp, thời gian chiếu xạ dài; các hiệu ứng nhiệt ở mật độ suấtcao, thời gian chiếu xạ ngắn; các hiệu ứng quang phi tuyến ở mật độ công suấtcực lớn và thời gian chiếu xạ siêu ngắn Trong y học hiện nay đa số ứng dụngcác tơng tác quang động học và nhiệt học của ánh sáng laser với mô sinh học

2.2: Liệu pháp laser quang động học

Với liệu pháp điều trị khối u quang học bằng ánh sáng laser, bệnh nhân đợctiêm, uống hay đa vào cục bộ một chất quang tăng nhạy (photosensibilisator).Hoạt chất nhạy cảm với ánh sáng này sẽ tập trung với nồng độ rất cao ở môkhối u Sau đó chiếu xạ vùng khối u bằng ánh sáng laser Tại đây sẽ xảy raquá trình quang hóa, chất quang tăng nhạy sẽ truyền năng lợng thu đợc qua sựhấp thụ ánh sáng cho các phân tử khác Khi đó sẽ xuất hiện những hợp chất có

hoạt tính cực mạnh gọi là các gốc, chúng sẽ phản ứng với các phân tử tế bàokhác và qua đó phân hủy mô bị bệnh một cách có chọn lọc

Các chất quang tăng nhạy còn tạo đợc một khả năng khác để sử dụng kỹ thuậtnào vào trong y học Đó là khả năng giao lại bằng cách tự phát quang năng l-ợng kích thích dới dạng ánh sáng, tức là hiện tợng huỳnh quang Nếu một chấtquang tăng nhạy nh vậy đợc làm giàu một cách có chọn lọc trong khối u thìqua quá trình quang kích thích bằng ánh sáng và sự chứng minh bằng ánhsáng huỳnh quang khi có bức xạ, chúng ta có phơng pháp che khối u (turmoscreening)

Liệu pháp laser quang động học ngày nay đã đợc ứng dụng cho hầu hết nhữngcơ quan mà phơng pháp nội soi có thể cập nhật: các khoa tai mũi họng, khoadạ dày-ruột (tuyến dạ dày-ruột lên đến thực quản), khoa tiết niệu và phụ khoa,khoa da liễu Thực tế cho thấy liệu pháp laser quang động học đặc biệt thíchhợp với việc trị liệu những khối u hoặc nhỏ hoặc trên bề mặt cũng nh chiếu xạ

bề mặt cho các vùng niêm mạc loạn hình, tức là các phát triển sai lạc

Các chất quang tăng nhạy hiện đại, trong trờng hợp lý tởng đợc dùng cho cảtrị liệu lẫn chuẩn đoán, có độ chọn lọc cao đối với các khối u lành-ác, có tácdụng phụ không đáng kể và có khả năng hấp thụ ánh sáng rất cao Nếu dùngaxit -aminolevulin thì lúc đầu cha có tính chất này Axit -aminolevulin làmột chất do cơ thể sinh ra, xuất hiện nh là sản phẩm trung gian trong sự sinhhợp porphyrin Với chức năng là thành phần chất màu của hồng huyết cầu(chất màu của máu) và diệp lục tố (chất màu của lá cây), các porphyrin lànhững chất cơ bản quan trọng cho sự sống

Khi thừa porphyrin do đa từ ngoài vào, chẳng hạn qua đờng miệng, sẽ gây rarối loạn tức thời Hệ quả là có sự gia tăng việc sản sinh ra một chất nhạy ánhsáng là protoporphyrin Sau 4 đến 6 giờ khi cấp một liều axit -aminolevulinnồng độ của chất quang tăng nhạy trong tuyến dạ dày-ruột đạt cao nhất ở cáckhối u ruột khi đó sẽ có sự tích lũy một lợng cao gấp sau tám lần Sau đóchiếu xạ bằng ánh sáng laser ở cực đại hấp thụ của chất quang tăng nhạy sẽphá hủy các khối u ở niêm mạc và các loạn sản (dysplasie) niêm mạc chỉ trong

từ ba đến bốn ngày Còn chính ánh sáng laser không để lại di chứng nhiệt gì ởmô vì đã chọn mật độ công suất thích hợp Hiện tợng xuất huyết hay lỗ thủng

ở các cơ quan là hoàn toàn không thể có

Ngời ta cũng có thể dùng protoporhyrin cho việc chuẩn đoán Huỳnh quang

đỏ đặc trng cho loại hợp chất này có thể đợc kích thích bằng laser Qua tíchlũy chọn lọc chất quang tăng nhạy trong các tế bào đã thay đổi một cách loạn

hình bởi các u ác, huỳnh quang giới hạn một cách rõ rệt với mô xung quanh

và khi quan sát qua máy nội soi cũng có thể nhận biết bằng mắt thờng Phơngpháp dò bằng huỳnh quang này đã đợc áp dụng ở một số chuyên khoa nhnghiện nay nó vẫn ở giai đoạn thử nghiệm

Tuy là một phơng pháp có độ chọn lọc cao về nguyên tắc nhng liệu pháp laserquang động học vẫ còn nhợc điểm mặc dù thử nghiệm lâm sàng cho nhữngthử nghiệm khả quan Hạn chế của phơng pháp là chỉ một số rất ít chất nhạysáng thỏa mãn những tiêu chuẩn lâm sàng Và ngay cả những chất đang đợcdùng rộng rãi cũng cha hẳn là tối u Vì thế những nghiên cứu mới nhất trênthế giới đều hớng trọng tâm vào tìm kiếm chất nhạy sáng mới u thế hơn

2.3: Liệu pháp laser nhiệt

ứng dụng laser thông thờng nhất trong ngành phẫu thuật là dựa vào hiệu ứngnhiệt Khả năng ứng dụng của laser nhiệt dựa trên hai triệu chứng nổi bật:quang đông và bay hơi tổ chức Rất nhiều loại laser có thể gây ra các hiệu ứngnày, tuy nhiên do nhiều nguyên nhân (đặc tính vật lý của laser, đặc tính sinhhọc của tổ chức, giá thành, giải pháp kỹ thuật…), chỉ có một số không nhiềucác loại laser nhiệt đáp ứng đợc các đòi hỏi về lâm sàng Các loại laser nhiệtnày đợc thống kê trong bảng 2.6

Ưu thế của phẫu thuật laser có thể đợc tóm tắt nh sau:

 Không gây nhiễu thiết bị cảnh giới

 Hạn chế các tế bào ung th bị bỏ sót, giảm tái phát và lan tỏa

 Chính xác

 Hạn chế dụng cụ can thiệp vào mổ

 Giảm đau sau phẫu thuật

ứng

Lĩnh vực yhọc

đông,quanghóa

Phẫu thuậtTạo hình

Da liễuNd:YAG cw 1,06 100 Hấp thụ thể tích Quang

đông

Phẫu thuậtTiết niệu Phụ khoaThần kinhTiêu hóaPhổi

/x

Hiệu ứng quangcơ

Phânhủyquang

Mắt

(100)

Nớc hấp thụmạnh

Cắt Phẫu thuật

Tiết niệu Phụ khoaThần kinhHàm mặt

Bảng 2.6 : Một số loại laser thông dụng trong y học

Những u điểm nổi bật trên giúp laser tạo đợc cuộc cách mạng trong ngọi khoa,ngoại trừ nhợc điểm giá thành cao Hiện nay việc sử dụng các thiết bị laserngày càng trở nên phổ biến trên phạm vi toàn cầu Sau đây là một số ứng dụng

đầy ấn tợng của laser nhiệt:

2.3.1: Laser nhiệt trong quang đông

Về nguyên tắc, tất cả các laser có công suất không quá lớn, chế độ phát liêntục (thời gian tác dụng dài) đều có thể áp dụng trong quang đông Tuy nhiên uthế thuộc về laser Argon và laser Nd: YAG do đặc tính hấp thụ và việc dễdàng dùng với quang sợi mềm không đắt tiền Ta cũng có thể dùng laser CO2

để làm quang đông bề mặt nhng không thể dùng nội soi vì việc truyền trênquang sợi với vùng hồng ngoại xa là hết sức khó khăn

Laser Argon phát xạ ở bớc sóng 500nm, ánh sáng xanh, đợc hấp thụ chọn lọcbởi hemoglobin Do đó các ứng dụng chủ yếu của laser này là trong các ngành

có liên quan đến huyết học Laser Argon đợc dùng trong hàn mạch máu, phá umáu và phá hủy có chọn lọc các tổn thơng trong trờng hợp chảy máu độngmạch Đây cũng là công cụ lý tởng để xử lý các trờng hợp chảy máu dạ dày

Laser Nd: YAG phát xạ ở vùng hồng ngoại gần (1064nm), có đặc trng hấp thụthể tích và độ xuyên sâu trong tổ chức gấp bốn lần so với Argon Do đó hiệuquả hơn Argon trong hàn mạch và chảy máu động mạch.

Để đánh giá định lợng tác dụng của laser quang đông, ngời ta dùng khái niện

độ sâu quang đông cực đại MCD (maximum coagulation depth) MCD khôngthay đổi khi công suất laser tăng quá một giới hạn nào đó Tất nhiên nó phụthuộc vào thời gian tác dụng và đờng kính của chùm laser

2.3.2: Laser nhiệt trong phẫu thuật

Laser CO2 là loại laser có u thế hơn cả trong phẫu thuật Trong quá trình phẫuthuật với laser CO2 ngời ta nhận thấy kết quả rất khả quan: giảm đáng kể sựmất máu, vùng thơng tổn là tối thiểu và quá trình tái sinh diễn biến thuận lợi

So sánh với các phơng pháp mổ thông thờng khác ta thấy vết thơng do dao mổlaser luôn có kích thớc và diện tích tác dụng nhỏ hơn so với dao điện

Các u điểm của phẫu thuật laser so với các phơng pháp phẫu thuật điện hoặcphẫu thuật lạnh là:

2.3.3: Laser nhiệt trong tim mạch

Hiện nay có hai lĩnh vực ứng dụng laser trong tim mạch cho kết quả khả quan:tạo hình mạch và bóc lớp trong điều trị nhịp thất nhanh u thế của tạo hìnhmạch bằng laser thể hiện ở các mặt sau:

- Khoan đợc các mạch mới qua các mảng vữa xơ

- Dễ dàng chuyển tải một năng lợng cần thiết qua quang sợi mềm

- Có thể theo dõi sự lân quang của các mảng vữa xơ do tác dụng củachính bức xạ laser để điều khiển thời gian thực tiến trình điều trị

Cũng vì thế mà laser CO2 ít đợc dùng trong tạo hình mạch hơn laser Argon vàNd: YAG Trong hai loại sau, Argon có u thế hơn vì đặc trng hấp thụ củahemoglobin có cực đại hấp thụ nằm trong vùng bớc sóng của Argon Tác độngcủa laser trên thành động mạch thậm chí đợc đánh giá về mặt định lợng, chophép xác định liều tối u cho động mạch bị vữa xơ cụ thể Nghiên cứu hình thái

cho thấy tổn thơng laser trên động mạch là rất giới hạn, chủ yếu là phá vỡ lớp

áo cơ, trong khi tổn thơng mô đàn hồi là tối thiểu

Ngoài tạo hình mạch, bóc lớp laser cũng đợc dùng để điều trị nhịp thất nhanhtrong thiếu và nhồi máu cơ tim Qua một quang sợi, quang năng laser sẽ đợcdùng để cô lập hay ngắt các mạch dẫn ngợc bệnh lý, và để phá hủy hoặc bóctác nhân gây loạn nhịp Trong kỹ thuật này, laser cũng chứng tỏ đợc u thế sovới sốc điện

So sánh kết quả bóc laser và bóc điện cũng khẳng định u thế của laser Ưu thế

đó thể hiện ở hai khía cạnh:

- Tổn thơng laser nhỏ hơn tổn thơng điện nếu xét cùng mức năng lợng

- Những thay đổi điện sinh lý sau bóc laser ít hơn sau bóc điện

2.4: Một số ứng dụng khác

Ngoài các ứng dụng dựa trên hiệu ứng quang hóa và nhiệt, hiện nay còn cómột số ứng dụng dựa trên các hiệu ứng khác của laser Trong đó các ứng dụngdựa trên trên hiệu ứng quang ion hóa và bóc lớp bằng excimer đã cho nhữngkết quả lâm sàng khả quan, chủ yếu trong tạo hình mạch Khác với tạo hìnhmạch bằng laser nhiệt, tạo hình mạch bằng excimer bớc sóng vùng tử ngoạikhông gây tổn thơng đáng kể nên có thể dùng cho các động mạch cơ tim.Hiệu ứng phi nhiệt nh vậy chỉ xảy ra với các xung laser cực ngắn, năng lợngcao, nằm trong một dải hẹp ngỡng

Cơ chế bóc lớp phi nhiệt của laser laser excimer đợc giải thích nh sau: Tổchức sinh học chứa các phân tử hữu cơ có kích thớc lớn, giữa chúng là vô sốcác phân tử nớc Bức xạ tử ngoại chỉ bị hấp thụ bởi các phân tử hữu cơ và khinăng lợng đạt tới một giá trị ngỡng các mạch hữu cơ này sẽ bị đứt gãy, xuấthiện các vụ vi nổ trong một vùng thể tích khá lớn và nớc bị đẩy ra khỏi vùngnày Ưu thế của bóc lớp laser excimer là tổ chức sinh học đợc bóc từng lớpmỏng, chỉ cỡ vài chục micromet Với các xung 100 Hz nh vẫn đợc dùng trongthực hành, tốc độ bóc lớp vĩ mô sẽ cỡ vài mm/ sec, thích hợp với các kỹ thuậttinh tế nh tạo hình mạch hay phẫu thuật giác mạc

Ngoài quang bóc lớp trên, các xung laser còn đợc dùng để phá sỏi trên cơ sởhiệu ứng quang cơ Các tổn thơng cơ học xuất hiện do nhiều nguyên nhân baogồm:

- áp suất ánh sáng gây nên bởi các photon xung lợng đủ lớn

- Điện trờng mạnh của bức xạ laser khi tơng tác với chất điện môi sẽ tạonên các momen lỡng cực điện và làm phân bố các điện tích dẫn tới sựxuất hiện của các momen quay cơ học

- áp suất giật lùi: sự bốc bay của các hạt vật chất từ bề mặt tổ chức, theo

định luật bảo toàn momen xung lợng sẽ tạo thành các xung cơ học (ápsuất giật lùi) ngợc với hớng chuyển động của các hạt, tức là cùng với h-ớng của chùm laser chiếu tới

- Giãn nở nhiệt nhanh dẫn tới các xung áp suất (sóng âm) dới dạng sóngxung kích

- Sự tạo hơi bên trong tổ chức bị chiếu cũng sẽ tạo áp lực cơ học bổ xung

- Đánh thủng điện môi do các điện trờng vợt quá giá trị ngỡng, cỡ 105 V/

cm2, ứng với các laser công suất đỉnh lớn

Với giá trị mật độ năng lợng đủ lớn, điện trờng của ánh sáng laser trở thànhtham số quan trọng xác định diễn biến của các hiệu ứng quang cơ Do tácdụng đồng thời của của nhiều quá trình phức tạp kể trên, các xung kích đợchình thành và gây nên các hiệu ứng dùng trong lâm sàng nh phá sỏi bằng nộisoi với chi phí thấp

2.5: Hớng phát triển

Những tiến bộ vợt bậc của laser y tế đã xảy ra trong 10 năm gần đây Các hệthống laser ngày càng đợc cải thiện để đáp ứng các nhiệm vụ y tế Tất cả cáctiếp xúc laser- tế bào đều đợc ứng dụng điều trị : quang hóa, quang nhiệt, phẫuthuật quang và quang cơ Những hệ thống bao gồm cả thông tin chuẩn đoán

để tạo tham số chiếu xạ Tóm lại trong tơng lai sẽ có các tiến bộ sau:

2 Phát triển các hệ thống điều khiển có phản hồi của các tham số phát xạ

để thay thể chùm laser Các hệ thống này dùng các tín hiệu quang,nhiệt, siêu âm hoặc MRI để điều khiển MRI có u điểm quan sát đợcnhiệt độ tại vùng tế bào trong suốt quá trình phẫu thuật Phân bố nhiệt

độ 3 chiều có thể cung cấp điều khiển phản hồi hay quan sát các vùngtrong quá trình qung động học

3 Các kích thích sẽ phát triển trong trong phạm vi chod laser bằng cáchtạo ra công suất và xung năng lợng cao thay thế các hệ thống laser khí

đắt đỏ trong chi phí và hoạt động

Chắc chắn những tiến bộ trong các hệ thống laser sẽ phát triển liên tục dựatrên những công nghệ hiện có Trong tơng lai các thiết bị laser sẽ đợc ứng

dụng nhiều hơn trong y tế và trở thành một phơng tiện không thể thiếu trongcác bệnh viện.

III: Phân loại các thiết bị laser trong y học

Các thiết bị laser dùng trong y tế đợc chia thành hai nhóm chính:

 Các loại laser dùng trong chuẩn đoán bệnh

 Các loại laser ứng dụng trong điều trị

3.1: Các thiết bị laser dùng trong chuẩn đoán

Thông thờng, các thiết bị laser này đợc sử dụng nh nguồn sáng kích thíchhuỳnh quang của ngững chất khác nhau trong các tổ chức sống Trên cơ sởnghiên cứu phổ huỳnh quang ta có thể đánh giá chính xác chất lợng cần đogiúp cho việc chẩn đoán chính xác chức năng của các tổ chức khác nhau

3.2: Các thiết bị laser dùng trong điều trị

Nhóm thiết bị này đã đợc đầu t phát triển rất nhanh chóng và đa dạng Đếnnay đã có khoảng 30 loại laser khác nhau đang đợc ứng dụng trong điều trị

Có thể chia nhóm này thành hai phân nhóm:

 Nhóm các thiết bị ở đó tính chất đơn sắc của laser mang tính quyết

định: Với các laser loại này, ngời ta có thể điều chỉnh kích thích cácquá trình quang sinh hóa của tổ chức sống giúp cơ thể tự chữa khỏibệnh Các hệ thống laser trên thờng có công suất thấp, không gây nhiệtkhi tơng tác với tổ chức sống, cho nên trong y học chúng thờng đợc gọi

là laser công suất thấp, laser lý liệu (therapeutical laser) hoặc laser mềm(soft lasser)

 Nhóm các laser công suất cao: Bức xạ laser hội tụ có thể gây hoại tử,quang đông hoặc bốc bay các mầm bệnh tùy thuộc vào công suất củalaser hoặc độ hội tụ, khả năng hấp thụ ánh sáng của mầm bệnh…Các hệthống laser này đợc gọi là laser công suất cao, laser phẫu thuật (surgicallaser) hay laser rắn (hard laser)

3.3: Các hệ laser công suất thấp

Nh đã nói ở trên, các hệ thống laser công suất thấp tạo hiệu ứng kích thíchsinh học trên cơ thể sống nhờ tính đơn sắc cao Vì vậy với hệ thống laser nàybớc sóng và độ đơn sắc có ý nghĩa quyết định hiệu quả điều trị Các hệ thốnglaser có hiệu ứng kích thích sinh học đợc tổng hợp ở bảng sau theo thứ tự hiệuquả thấp dần

Loại laser Bớc sóng (nm) Độ rộng phổ (A) Công suất

5-30 W (xung)Laser diode đa

chuyển tiếp 680 1-10 4-10 mW (liên tục)1-20 mW (xung)

Bảng 2.7 : Các loại laser lý liệu chính

Một thiết bị laser lý liệu với cấu hình tối thiểu có sơ đồ khối đợc mô tả nhhình sau:

Hình 2.9: Sơ đồ khối của laser lý liệu điển hình

Các hệ thống laser lý liệu phổ biến có hai dạng:

 Dạng thứ nhất: đầu phát laser bố trí trên giá đỡ có thể điều chỉnh hớngphát laser dễ dàng, bộ nguồn và bộ điều khiển bố trí trong một hộpriêng

 Dạng thứ hai: cả đầu phát và bộ nguồn, bộ điều khiển đợc sắp xếp trêncùng một hộp máy

Các máy dạng đầu có độ linh hoạt cao, nhng độ tin cậy không thật cao Các hệmáy sau có độ an toàn cao hơn nhng cồng kềnh phải nối vớiquang sợi, giáthành cao

Để tăng cờng hiệu quả điều trị của thiết bị dựa trên hiệu ứng hai bớc sóng,

ng-ời ta còn chế tạo các loại máy COMBI gồm nhiều loại laser với bớc sóng khácnhau, thông thờng kết hợp một loại laser He- Ne với một hoặc vài laser diodevùng hồng ngoại

Một dạng đặc biệt cũng thuộc thiết bị laser lý liệu là các thiết bị chuyên dụngtrong châm cứu Cần phân biệt hai dạng thiết bị:

Nguồn nuôi

Bộ chọn thời

Bộ điều chế Sợi quang

Đầu bút soi

* Thiết bị với mật độ công suất thấp khi chiếu lên huyệt không làm tăng nhiệt

độ Các thiết bị này đợc gọi là laser châm

* Dạng thứ hai thờng sử dụng mật độ công suất cao hơn và khi chiếu lên huyệtlàm tăng nhiệt độ lên 2- 3C so với vùng xung quanh Các thiết bị này đợc gọi

là laser châm cứu

Theo thống kê của các tác giả Trung Quốc, các hệ laser châm cứu có hiệu quảhơn các hệ laser châm, và các laser châm cũng tốt hơn phơng pháp dùng kimthông thờng Trong hệ laser châm, tia laser đợc dẫn bằng quang sợi, đầuquang sợi đợc lắp vào bút Với đầu bút nh vậy, chúng ta có thể thiết kế một hệthống dò huyệt và khi tìm đúng huyệt sẽ bật máy laser Thiết bị này cũng chophép vừa châm cứu bằng điện vừa châm cứu bằng laser

Các thiết bị châm cứu hiện đại hơn thờng đợc sử dụng nhiều laser He-Ne hoặclaser bán dẫn, mỗi laser đều đợc phép nối với quang sợi Các thiết bị này chophép châm cứu đồng thời nhiều huyệt cùng một lúc

Cuối cùng cần nói về độ phổ biến của thiết bị Các thiết bị laser He-Ne thờng

đợc phổ cập rộng rãi nhất, đặc biệt với các tổn thơng bề mặt và các tổn thơngnông Với tổn thơng sâu hơn, các laser bán dẫn vùng hồng ngoại có hiệu quảhơn Bức xạ của các loại laser này có khả năng xuyên sâu 3- 4 cm, do vậy tácdụng châm cứu cũng tốt hơn ở vùng ánh sáng nhìn thấy

3.3: Các hệ laser công suất cao

Các hệ laser công suất cao đợc phân chia thành bốn nhóm thiết bị:

* Các thiết bị laser dùng để quang đông hoặc bốc bay tổ chức dựa theo hiệuứng nhiệt Đây là các thiết bị laser phổ biến nhất hiện nay:

Bảng 2.8 : Các laser tạo hiệu ứng nhiệt

* Các thiết bị dựa trên hiện tơng quang hoạt hóa của bức xạ laser(photodynamic therapy) Nhóm các thiết bị này phát triển nhanh vì có thể đây

là một trong những phơng pháp có hiệu quả cao trong chẩn đoán và điều trịung th.

Laser Bớc sóng (nm) Công suất

(W)

Lĩnh vực ứng dụngRodamin B (laser

màu)

Laser vàng

630628

0,5- 42- 10

Chuyên khoa ung th

Bảng 2.9 : Các laser theo phơng pháp quang hoạt hóa

* Các thiết bị dựa trên hiệu ứng quang bóc lớp Về cơ bản đó là những laservùng cực tím phát xung ngắn (laser excimer)

Laser Bớc sóng (nm) Năng lợng

xung (J)

Công suất(W)

Lĩnh vực ứng dụng

Chuyên khoa mắt Phẫu thuật mạch

Bảng 2.10 : Các loại laser tạo hiệu ứng quang bóc lớp

* Các laser công suất cao, thời gian cực ngắn cỡ ns hoặc nhỏ hơn, các lasernày hội tụ lại sẽ tạo ra các sóng xung kích có thể phá đợc sỏi

Phá sỏi

Bảng 2.11 : Các laser tạo sóng xung kích

Ta thấy có nhiều loại laser đợc ứng dụng Tuy vậy, hiện nay về cơ bản có bốnloại laser ứng dụng phổ cập nhất Đó là laser Nd: YAG, Laser CO2, laserArgon và laser màu Các loại laser khác ít phổ cập hơn

Các hệ thống laser phẫu thuật phức tạp hơn nhiều so với laser lý liệu Một hệthống bất kỳ đều có máy laser, hệ thống dẫn tia đến vùng cần sử lý hoặc ghépnối với các hệ y tế khác, các hệ thống kiểm tra chất lợng chùm tia, công suấtlaser, hệ thống khống chế thời gian phát laser và hệ thống đảm bảo an toàn

Hình 2.10 : Sơ đồ khối một hệ laser phẫu thuật

Điểm khác nhau cơ bản giữa các hệ thống laser phẫu thuật là các tính năngcủa đầu phát laser và hệ thống dẫn tia đến vùng cần xử lý Về tính năng của

đầu phát ta đã mô tả ở những bảng nói trên, các hệ thống dẫn tia chia làm hailoại: (1) loại sử dụng cho dây quang sợi, thờng dùng cho các laser có bớc sóng

từ 300nm đến 3000nm; (2) loại sử dụng các trục khuỷu có gắn gơng phản xạdùng cho laser phát ở vùng cực tím với bớc sóng nhỏ hơn 300 nm, vùng hồngngoại với bớc sóng lớn hơn 3 m Các hệ thống laser Nd: YAG, laser khíArgon thờng ghép nối với dây quang sợi còn laser CO2 bao giờ cũng đi kèm

hệ thống trục khuỷu Các hệ thống có dây quang sợi có độ linh động cao, cókhả năng ghép nối với các ống nội soi mềm để sử lý tổn thơng bên trong Các

hệ thống dẫn đờng bằng trục khuỷu có u điểm xử lý bề mặt tốt, hệ thống 7

g-ơng có khả năng linh động cao và vùng xử lý rộng

Bức xạ của các loại laser phẫu thuật ở vùng cực tím và vùng hồng ngoại khôngnhìn thấy đợc Nhiều thiết bị cao cấp thờng ghép thêm laser He- Ne 1- 5W cóhớng phát đồng trục với laser chính để giúp cho việc điều chỉnh và ngắmchính xác điểm chiếu

IV: An toàn laser trong y tế

4.1: ảnh hởng hiệu ứng sinh học của tia Laser.

Để hiểu biết về các mức độ nguy hiểm khi sử dụng laser đòi hỏi ngời dùngphải có kiến thức tổng quát về các hiệu ứng của Laser về mặt sinh học Ngờidùng cần phải hiểu các hiệu ứng của Laser khác nhau đối với da và mắt để

Đầu phát laser

Hệ làm lạnh

Nguồn

Đo liều

Đo công suất

Tín hiệu báo động

Nguồn điện

đánh giá sự rủi ro của mình cũng nh đối với những ngời xung quanh Thật rathì cũng cần phải có các kiến thức về rủi do do ánh sáng tử ngoại, nhìn thấy,hồng ngoại từ những nguồn sáng khác nhau để giảm thiểu sự rủi ro có thể xảy

ra

Hình 2.11: Các tổn thơng tiềm năng của cấu trúc mắt phụ thuộc vào vị trí cơ bản của năng lợng hấp thụ Sự phụ thuộc này phụ thuộc chặt chẽ vào dảI phổ

của các bức xạ quang chiếu vào.

Đối với các bộ phận trên cơ thể ngời thì mắt là bộ phận dễ bị tổn thơng nhất,các tính chất hấp thụ của các cấu trúc khác nhau của đôi mắt thay đổi theo bớcsóng nh biểu diễn ở hình trên

Bàn luận về ảnh hởng của hiệu ứng sinh học chúng ta cần phân chia một cách

có hệ thống phổ quang học ra thành 7 dải phổ khác nhau theo tiêu chuẩn củaCIE (uỷ ban quốc tế về phát xà quang học) Các dải phổ đợc biểu diễn nhtrong hình 2.12