Medisinske Lasere. Praktisk-teknisk gjennomgang,definisjoner

Presentasjon om: "Medisinske Lasere. Praktisk-teknisk gjennomgang,definisjoner"— Utskrift av presentasjonen:

1

2 Medisinske Lasere. Praktisk-teknisk gjennomgang,definisjoner
Av Jan Finn Johnsen

3 L* A* S* E* R Laser: Light ampflication by the stimulated emssion of radiation. Einsteins kvanteteori: ”Zur quantum Theorien der strahlung”.(1916) Theodor Maiman: Laget første fungerende laser med rubinmedium.(1960) Sharon & Kaplan: Første klinisk anvendbare laser med co2 medium.(1962) Laser er et optisk resonansfenomen. Resonansfenomener er når man får noe til å svinge i takt med en bestemt svingebevegelse fra en annen kilde. Eksempler fra dagliglivet kan være når man dytter et barn på en huske. For å få husken til å svinge stadig mer må man dytte i takt. Et annet eksempel er når man kjører bil over ujevnt underlag og bilen ved en bestemt hastighet begynner å riste. Øker man, eller senker man hastigheten, så slutter bilen å riste. Ristingen skyldes at bilens fjæring kommer i resonans med ristingen fra det ujevne underlaget ved en bestemt hastighet. I en laser så er det lys som svinger i resonans idet lyskilden blir stimulert til å sende ut mere lys som svinger i takt med det lyset som allerede er der, derav navnet laser. Matematisk, så beskrives dette av en del av fysikken som kalles kvantemekanikk. Kvantemekanikk er meget vanskelig tilgjengelig teori, noe av det aller minst tilgjengelige som mennesker noen sinne har tenkt ut. Å forstå kvantemekanikk er heldigvis ikke nødvendig for å kunne nyttegjøre seg en laser.

4 Bølge Bølgeområde fra lange radiobølger til korte kosmisk stråling
Typiske egenskaper: Lange bølgelengder har liten energitetthet. Korte bølgelengder har stor energitetthet. Hvor høyt en bølge slår ut fra nullnivå kalles bølgens amplitude. En bølge danner et mønster som gjentar seg med jevne mellomrom. Avstanden mellom to punkter der bølgen er i akkurat samme svingetilstand (har samme amplitude og er på vei i samme retning) kaller vi en bølgelengde.

5 Det elektromagnetiske spekter.
Det elekromagnetiske spektrum deles inn i mange forskjellige typer bølger. Radio-bølger, synlig lys og Röntgen-stråler for å ta tre eksempler, er altså grunnleggende uttrykk for ett og samme naturfenomen. Det som gir de forskjellige bølgene forskjellige egenskaper er hvilken bølgelengde de har. Typiske egenskaper som varierer med bølgelengden. Hvordan bølgen forplanter seg i ulike medier Hvordan bølgen reflekteres av ulike medier Hvordan bølgen absorberes av ulike medier

6 Forusetning for å lage en laser:
A.Energikilde (power supply) Elektrisk spenning Optisk energi Mikro/radiobølger Kjemisk reaksjon B.Laser medium Fast Flytende Gassform C.Laserkavitet (resonator) Energikilde: Man må få igang utsendelsen av lys ved hjelp av å tilføre lyskilden energi Laser medium: Ikke alle stoffer har i seg de rette egenskaper for å sende ut laser-lys, men noen har det enten de er i fast, flytende, eller gassform Laserkavitet: For å få i gang optisk resonans så ledes lyset flere ganger frem og tilbake inne i laserkaviteten. Et speil i hver ende sørger for dette. Speilet i den ene enden er delvis gjennomskinnelig, slik at en mindre andel av laserstrålen går gjennom. Det er dette som blir arbeidsstrålen vår.

7 Størst tenkelige laserkavitet:”star wars prosjektet” 20 tonn/6 megawatt
Lasere har lav virkningsgrad. Det vil si at vi må tilføre mye mer energi enn man får ut i form av laserstråling. Overskuddsenergien blir derfor til varme, og en laser som skal avgi mye effekt krever en stor apparatur rundt. På illustrasjonen ser man en skisse av en laser fra Reagan-regjeringens ”Stjernekrigsprogram” fra 80-tallet.

8 Minste tenklige laserkavitet:”GaAs laser diode” 2 gram/6 milliwat
Man kan også lage lasere meget små, men da blir effekten deretter. Slike lasere brukes typisk til å lese av informasjon på CD plater osv.

9 Forutsetninger som bør være til stede for laserlys
Smal båndbredde (en spesifikk bølgelengde) På grunn av optisk resonans så svinger alle bølgene i en laserstråle i samme takt. For synlig lys (i området nm) for eksempel vil det i praksis si at alt lyset har en og samme farge.

10 Forutsetninger som bør være til stede for laserlys
Monocromatisk bølge. Høy grad av coherence (synkronisering) Paralelle bølger (stråler) Høy intensitet (for kirurgiske lasere) Monokromatisk: Samme bølgelende/frekvens Koherent: Svinger synkront

11 Bølgens bevegelse. Forholdet mellom bølgelengden og frekvens er lik:
bl x V=C V=frekvens (Hz) C=hastighet km/sek Fra sola til jorden tar lyset ca.8 minutter. C er lyshastigheten i vakuum (tomt rom) Lyset går km hvert sekund. For eksempel så vil lyset på et sekund kunne gå mer enn 7 ganger rundt jorda. Jorda har en omkrets på ca km. Sola befinner seg ca. 150 mill km fra jorda. Det vil derfor ta lys fra sola 8 min å nå oss. Om solen plutselig skulle ha sluknet ville det altså tatt 8 min før vi oppdaget det her på jorda.

12 Atomer. Atomet består av en positiv ladet kjerne med negativt ladede elektroner i baner rundt Atomet visualisert som et ”solsystem” i miniatyr med kjernen i midten og elektronene i forskjellige baner i omløp rundt kjernen er en modell som går tilbake til Ernest Rutherford ( ). I denne modellen vil elektronene hoppe ut i en bane utenfor der de er når atomet tilføres energi utenfra. Etter en stund vil det hoppe tilbake. Det er når det hopper tilbake at det gir fra seg den ekstra energien det fikk i form av elektromagnetisk stråling. Moderne fysikere har etterhvert byttet ut Rutherforrds atommodell med med modeller som gir en mer presis beskrivelse av flere fenomener rundt atomer. Disse modellene er vanskelig tilgjengelige for folk flest fordi de er rene matematiske modeller som ikke lar seg visualisere.

13 Photon. Photonets energi=h(plancks konstant) Xv (frekv) =hxC/BL
Ioniserende stråling:Bølgelengder kortere en 320 nm (3,91 Ev) (Carcinogenisk stråling) Den mengden energi som avgis i form av elektromagnetisk stråling når et elektron hopper tilbake utgjør det vi kaller vi et foton. Et foton har høyere energi jo høyere frekvens bølgene som stråles ut har. Bølgelengder kortere enn 320 nm kan være ioniserende. Det vil i praksis si at de kan skade biologisk vev (fremkalle kreft)

14 Sikkerhet På grunn av at strålingen fra en laserkilde er konsentrert og retningsbestemt, kan laserstråling være farlig for øynene.

15 Potensielle skader på øyne
Forskjellige bølgelengder absorberes av forskjellige komponenter i øyet. En kjent sideeffekt med bruk av laser er at den kan være skadelig for øynene. Spesielt skadelig er den strålingen som absorberes av øyets netthinne. Synlig lys går gjennom hornhinnen og linsen og absorberes av øyets netthinne. Det er en av årsakene til at vi kan se lys med denne bølgelengden i det hele tatt, for det er i netthinnen reseptorene for lys sitter. Nær-infrarødt lys absorberes også av netthinnen, selv om synssansen er ute av stand til å registere det som lys. Derfor er nærinfrarød laser ekstra farlig for øyet siden det absorberes i netthinnen samtidig som vi ikke registrerer at det er der. Mest farlig område for øyeskader : Mellom 800 og 1400 nm

16 Beskyttelsesbriller Briller er ikke briller
Det lages briller som dekker visse bølgeområder. Bruk av briller i annet område, kan ha liten verdi Brukere skal forvisse seg om at beskyttelsesbriller er laget for bruk sammen med aktuelle lasers bølgeområde. Bruk av beskyttelsesbriller laget for CO2 gir ingen beskyttelse for en Homium eller Nd:YAG laser Briller skal normalt ha merking hvor det klar framgår bølgeområdet de dekker. Noen briller dekker mange Forskjellige områder, andre kun enkeltområde. Det kan også være at brillen har en tilleggsinformasjon, eksempelvis OD, som sier noen om hvor mye dagslys som går gjennom.

17 Lasertyper. Forskjellige bølgelengder absorberes forskjellig av forskjellige typer materiale. Absorberes vil si at energien i laserstrålen går over til varme når den treffer et materiale. Lasere med forskjellige bølgelengder egner seg derfor til forskjellige anvendelser, alt ettersom hva slags vev som skal påvirkes.

18 De mest vanlig anvendte lasertyper

19 Pulset laser ? Duty cycle definerer hvor stor andel av tiden en laserpuls er på.

20 Servicebehov Alle lasere har behov for javnlig service
Normalt minst 1 gang pr. år. Mest servicekrevende lasere er krystall lasere Diodelasere krever minst service Servicekostnader er høyest på krystall lasere Diodelasere har minst behov for regulær service CO2 lasere bruker leddede armer som må justeres De fleste andre lasere benytter fiberframføring Mest praktisk med lasere som benytter std. SMA kobling på fiber. Da kan 3de parts fibere brukes Service på lasere er ikke om, men når !

21 Optisk kobler for fiber
Typisk optisk kobler med standard SMA connector. Kobler har oftest også dekkglass innebygget

22 Optisk kobler for CO2 Brukes mest sammen med CO2 lasere, men kan også benyttes til Nd:YAG lasere. Gir bruker en stor fordel da strålen sendes gjennom luft

23 Optisk fokuseringsadapter
Adapter kan monteres inne i en diodelaser mellom dennes SMA utgang og utgang på laseren. Vil muligjøre bruk av fibere ned til 200 micron En diodelaser er som nevnt ikke en ”ekte” laser da de mangler en av de grunnleggende egenskapene, paralelle stråler. Disse laserne har da normalt ikke kunnet bruke fibere med mindre kvartskjerne enn ca. 400 micron. Tynnere fibere vil gøre det mulig å bruke fiberframført laserenergi via fleksible skop, og således åpne for helt nye behandllingsmodaliteter. Fibere finnes i dag med fiberkjerne helt ned til Ø 150 micron og er svært bøyelige, samt tåler påtrykk av opp til W

24 Eksempel på YAG krystall
Krystallet til en KTP laser er ikke større enn ca. 3x3x3 mm. Da høy effekt er ønskelig må krystallet kjøles direkte YAG eller bearbeidet naturkrystall har gjerne form som en lang stav, men kan også være som her, laget kvadratisk. KTP krystallet trenger en annen laser for å kunne brukes. KTP laser er i markedet kjent under navnet ” Green-Light” og brukes i dag mest til behandling av BPH ( godartet overvekst av prostata ) Men med sine optimale koagulasjonsegenskaper, ser vi også i senere tid at den benyttes til eksempelvis ØNH disiplinen hvor Det å kunne stanse blødninger er svært viktig.

25 Uvanlige feil ! Bildet viser avleiringer fjernet fra kjølesystemet på en CO2 laser. Rensevæske ble forbyttet med CRC da slangene til kjølesystem ble montert

26 Spørsmål ? Lurer du på noe kan jeg kontaktes på ;
Mobil eller Mvh Jan Finn