Laser y học bức xạ cảm ứng một số đặc điểm của laser hiệu ứng sinh học của tia laser một số thiết bị laser y học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ LASER Y HỌC Nhóm Danh sách thành viên : 10 11 Khấu Nguyễn Phúc Khang, 2253010743 Trần Nguyễn Trọng Khang, 2253010744 Nguyễn Quốc Khánh, 2253010745 Lê Nhật Khoa, 2253010746 Nguyễn Tấn Khôi, 2253010747 Nguyễn Anh Kiệt, 2253010748 Võ Anh Kiệt, 2253010749 Lê Thị Thanh Lam, 2253010750 Thạch Thị Mai Lan, 2253010751 Diệp Vàng Giang Lê Ngọc Hiền, 2153080019 Mục Lục Laser y học 5.1 Bức xạ cảm ứng 5.2 Một số đặc điểm laser 5.3 Hiệu ứng sinh học tia laser 5.3.1 Hiệu ứng kích thích sinh học 5.3.2 Hiệu ứng quang nhiệt .8 5.3.3 Một số hiệu ứng khác .10 5.3.3.1 Hiệu ứng quang bóc lớp 10 5.3.3.2 Hiệu ứng quang 11 5.3.3.3 Hiệu ứng quang động học 12 5.4 Một số thiết bị laser y học 12 Trang tài liệu tham khảo/ tài liệu trích dẫn .17 Laser y học 5.1 Bức xạ cảm ứng Từ laser viết tắt cụm từ: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Hình 5.1 Có nghĩa khuếch đại ánh sáng xạ cảm ứng Vì vậy, xạ cảm ứng chìa khóa cho hoạt động laser Hình 5.2 Bức xạ cảm ứng trình mà một electron của nguyên tử (hoặc một phân tử) trạng thái kích thích tương tác với sóng điện từ có tần số định giải phóng năng lượng của vào trường điện từ và nhảy xuống mức năng lượng thấp Xét nguyên tử trạng thái (E2) , photon tới có lượng E=E1E2 tương tác với nguyên tử ngun tử chuyển xuống trạng thái có lượng thấp (E1) kết có photon giống phát Hình 5.3 - Photon phát hồn tồn đồng với photon kích thích - Nó có lượng, hướng, pha phân cực - Một kiện xạ cảm ứng kích thích phản ứng dây chuyền trình tương tự - Ánh sáng laser tạo cách 5.2 Một số đặc điểm laser Video 5.1 Giải thích nguyên lý hoạt động laser - Bản chất laser ánh sáng nên có đặc trưng chùm sáng như: giao thoa, nhiễu xạ, phản xạ, khúc xạ, … - Tuy nhiên laser có tính chất đặc biệt ứng dụng nhiều lĩnh vực, có y học Các tính chất đặc biệt sau: + Do nguyên tử môi trường laser loại nên tia Laser phát có bước sóng, thể tính đơn sác cao (Δv/v= 10-12) nên khơng có hiệu ứng tán sắc sắc sai + Độ rộng phổ (độ lệch khỏi giá trị bước sóng) laser tạo cho phép đạt tới giá trị 0.01 nm + Có thể tập trung chùm laser thành chùm song song với góc phân kỳ cực nhỏ + Với tia laser, độ chói phổ (tỉ lệ cơng suất chùm tia độ rộng phổ) lớn, hội tụ chùm laser vào điểm (có khoảng không gian nhỏ), tụ điểm, mật độ lượng lớn (tới 50W/cm2) diện tích mức tế bào, khiến cho tia laser cắt đứt mô đường rạch tia laser vết thương đạt độ xác cao *Ứng dụng tia laser: Nhờ vào đặc điểm ưu việt trên, tia laser ứng dụng nhiều lĩnh vực như: in ấn, sửa chữa thiết bị điện tử, chế tạo kính hiển vi, Hình 5.4 Kính hiển vi ứng dụng nguồn sáng laser để quan sát tế bào chùm sáng nhỏ Video 5.2 clip ứng dụng mật độ lượng cao laser việc sửa chữa điện thoại Còn y học, tia laser có ứng dụng với phạm vi vô lớn Trong vi phẫu thuật, người ta sử dụng dao mổ Laser để phẫu thuật tim, não mắt dùng để hàn kín mạch máu nhỏ Hình 5.5 Dao mổ Laser Ngồi ra, chùm laser excimer dùng để điều chỉnh hình dạng giác mạc để điều trị tật khúc xạ (phương pháp Lasik) Các nghiên cứu tác dụng kích thích chùm Laser cơng suất yếu ứng dụng vết loét châm cứu Đặc biệt hơn, ứng dụng Laser nghiệm pháp điều trị quang động lực ( Photodynamic Therapy - PDT) chiếu chùm tia Laser có bước sóng thích hợp vào mơ để hoạt hố chất đưa vào trước đó, có tác dụng diệt bào hay kìm hãm phát triển tế bào, mở phương pháp điều trị ung thư Video 5.3 Ứng dụng PDT làm phương pháp chữa trị bệnh thối hố hồng điểm tuổi già thể ướt (Wet Age-related Macular Degeneration - Wet AMD) 5.3 Hiệu ứng sinh học tia laser 5.3.1 Hiệu ứng kích thích sinh học Cơ chế Kết Ứng dụng Sự phụ thuộc vào liều lượng hiệu - Sau xạ laser hấp thụ chất nhận quang (photoreceptor), quang chuyển hóa thành hóa năng, với khả đáp ứng kích thích thể dẫn tới thay đổi cường độ hay chiều hướng q trình chuyển hóa tế bào sau biến đổi protein - Kích thích sinh tổng hợp ATP, axit amin protein, thay đổi trạng thái oxy hóa khử tế bào - Cơ thể có đáp ứng phản ứng viêm, phản ứng đau, đáp ứng hệ miễn dịch, nội tiết tim mạch: + Hệ thống miễn dịch tế bào thể hoạt động hoá + Phục hồi q trình tuần hồn vi tuần hồn + Kích thích sinh hồng cầu tuỷ xương, thay đổi hoạt tính hệ thống đơng máu, tăng độ thấm thành mạch, tăng bán kính thành mạch + Tăng hoạt động thực bào bạch cầu điều có ý nghĩa lớn với chức chống viêm thể - Trong lâm sàng: laser cơng suất thấp có tác dụng chống viêm, chống đau, chống thối hóa xương khớp ứng - Liều lớn: hiệu ứng giảm dần, đi, sinh phản hiệu ứng - Liều nhỏ: hiệu ứng chưa xảy - Khoảng giá trị hai giá trị làm cho hiệu ứng đạt giá trị cực đại  Khoảng giá trị tối ưu sử dụng laser chữa bệnh 5.3.2 Hiệu ứng quang nhiệt Điều kiện để hiệu ứng xảy - Khi lượng photon hấp thụ chuyển hóa thành nhiệt Vùng tác động lượng nhiệt sinh - Lượng nhiệt sinh làm tăng nhiệt độ số thành phần định vùng mô  Quang nhiệt chọn lọc - Lượng nhiệt sinh làm tăng nhiệt độ tồn vùng mơ  Quang nhiệt không chọn lọc (gọi hiệu ứng quang nhiệt) Phản ứng mô tăng nhiệt 43°C (hiệu ứng tăng nhiệt phạm vi hẹp) Gia tốc phản ứng thúc đẩy trình trao đổi chất Những thay đổi trình thuận nghịch  kết thúc phản ứng, mô trở lại tráng thái ban đầu 45-50°C Bắt đầu có thay đổi cấu trúc bậc 3,4 đại phân tử sinh học (enzyme, protein, )  thay đổi hoạt tính + Tăng nhiệt thời gian ngắn: trình thuận nghịch + Tăng nhiệt thời gian dài: q trình bất thuận nghịch 60-100°C (quang đơng) 100-300°C > 300°C Đơng vón protein, enzyme hoạt tính, khơng cịn hoạt động trao đổi chất  tế bào chết Gây bay nước mạnh mẽ, kéo theo số thành phần chất rắn Có thể gây bay khuôn cấu trúc rắn Ứng dụng - Nhiệt độ mô >100°C, thời gian tác dụng ngắn: nước mô bị bay  ứng dụng làm dao mổ laser ngoại khoa - Nhiệt độ 60-100°C, thời gian tác dụng dài: xảy tượng đông vón protein  ứng dụng laser làm “ mỏ hàn” để hàn bong võng mạc, cầm máu phẫu thuật - Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt chọn lọc: Nếu chọn bước sóng ánh sáng thời gian chiếu phù hợp, ta dùng hiệu ứng để gây tác dụng mơ đích mà khơng gây tác dụng mơ xung quanh  Giải thích chế hiệu ứng: mơ, có chất hấp thụ ánh sáng gọi chromophore Trong đó, hấp thụ phụ thuộc loại chromophore bước sóng + Ở vùng bước sóng 600nm đến 1200nm (vùng cửa sổ quang học: nơi melanin hemoglobin chromophore chính) : hấp thụ tương đối yếu bề mặt  tia laser có khả xuyên sâu + Ở vùng hồng ngoại trung xa (nơi nước chromophore chính): nước có độ hấp thụ mạnh Hình 5.6 Dao laser Hình 5.7 So sánh loại dao phẫu thuật Đồ Thị 5.1 Phổ hấp thụ chromophore điển hình Bảng 5.1 Hiệu ứng theo mật độ cơng suất thời gian tác dụng 5.3.3 Một số hiệu ứng khác 5.3.3.1 Hiệu ứng quang bóc lớp Khái niệm Nguyên lí hoạt động Giải thích Ứng dụng - Sự cắt bỏ vật chất đơn mà khơng có tổn thương nhiệt mép vùng tác dụng - Dựa nguyên lý phân ly - Với ánh sáng có bước sóng ngắn ( 190 – 300nm): lượng photon lớn lượng liên kết phân tử làm phá vỡ liên kết  làm thành phần mô bay mà khơng có nhiệt sinh mép - Với ánh sáng có bước sóng dài hơn: Độ rộng xung laser vài micro giây đặc trưng phổ hấp thụ mà không lan tỏa nên nhiệt khu trú phân tử nước  trình bay xảy tức - Ứng dụng cơng nghệ mổ mắt cận thị, sử dụng tia Laser Excimer để điều chỉnh độ cong giác mạc từ giúp tia sáng hội tụ võng mạc 10 Hình 5.8 Sử dụng tia Laser Excimer để mổ mắt cận thị 5.3.3.2 Hiệu ứng quang Khái niệm Nguyên lí hoạt động Giải thích Ứng dụng - Là kết cảu tạo thành plasma, bay dạng nổ, tượng tạo lỗ hổng - Dựa tượng tạo sóng xung kích - Khi laser có mật độ công suất cao (laser Nd:YAG) phát xung (nano pico giây) diện tích nhỏ  nguyên tử bị ion hóa tạo plasma Tại biên vùng ion hóa có gradient áp suất lớn tạo sóng xung kích  tạo hiệu ứng phá hủy đường sóng => Quang chuyển hóa thành - Trị nám - Triệt lơng Hình 5.9 Ứng dụng hiệu ứng quang thẫm mỹ 11 5.3.3.3 Hiệu ứng quang động học Khái niệm - Là phá hủy mơ địch Ngun lí hoạt động - Mô hấp thụ chọn lọc chất cảm quang - Chất cảm quang hấp thụ chọn lọc laser bước sóng xác định Giải thích - Khi chiếu tía laser có bước sóng phù hợp mơ có chất cảm quang chịu tác động  mơ hấp thụ photon, chất cảm quang đóng vai trị xúc tác tạo hợp chất oxy độc cho tế bào (oxi nguyên tử, hydroperoxyde, nhóm hydroxyl)  gây tác dụng giết chết tế bào - Oxy nguyên tử có thời gian sống ngắn nên tác dụng độc phát huy tế bào sinh  tế bào bị giết chọn lọc Ứng dụng + Tiêu diệt khối u ung bướu + Điều trị bong võng mạc tăng sinh mạch máu + Pha cục máu đông + Điều trị tổn thương mạch máu Hình 5.10 Ứng dụng điều trị bong võng mạc tăng sinh mạch máu 5.4 Một số thiết bị laser y học Laser châm cứu (laser acupuncture): sử dụng ánh sáng đơn sắc phát từ thiết bị Laser công suất thấp (≤ 250 mW) chiếu vào huyệt hệ thống 12 kinh lạc để điều trị phòng bệnh Do phương pháp không can thiệp nên không gây đau khơng có nguy nhiễm trùng Hình 5.11 Thiết bị châm cứu Hình 5.12 Liệu pháp châm cứu Khi châm cứu, dùng laser He – Ne hay laser bán dẫn Có thể dùng laser châm cứu để chữa bệnh như: đau vai gáy, viêm quanh khớp vai, đau lưng, đau thần kinh toạ, liệt nửa người, liệt dây thần kinh VII ngoại biên, thay đổi tần số có khả tăng cao hiệu điều trị 13 Hình 5.13 Laser bán dẫn Hình 5.14 Laser He-Ne Laser nội mạch (intravenous laser): phương pháp chiếu laser vào lòng tĩnh mạch qua tác dụng lên tồn hệ tuần hồn máu, có nghĩ tác dụng lên tồn thể Laser nội mạch phương pháp can thiệp tối thiệu nên khơng gây nhiễm trùng, gay đau, hiệu điều trị cao Hình 5.15 Liệu pháp laser nội mạch Thiết bị laser nội mạch gồm laser ( He – Ne hay bán dẫn) hệ truyền dẫn giúp đưa tia laser chiếu tĩnh mạch Phương pháp giúp điều trị bệnh phức tạp thiếu máu tim, nhồi máu tim, đột quỵ não với kết điều trị cao 14 Hình 5.16 Liệu pháp laser nội mạch Dao mổ laser CO2: laser khí với cơng suất cao, bước sóng 10.600 nm, cơng suất 15W, số máy có chết độ siêu xung, tần số lên tới 1000 – 2000Hz Tia laser dẫn đến vết mổ cánh tay khớp quang học, tia sáng dẫn đường ánh sáng đỏ (laser He – Ne) giúp đường dao thực với độ xác cao Hình 5.17 Dao mổ laser CO2 Laser CO2 có tốc độ cắt cao, hiệu ứng quang đơng tốt, lượng máu ít, nhát cắt gọn, sắc nét, vết mổ mau lành, tính thẩm mỹ cao, hạn chế di căng tế bào ung thư khiến laser CO2 trở thành thiết bị laser phổ biến y học 15 Hình 5.18 Laser CO2 Dao mổ laser CO2 sử dụng rộng rãi da liễu, phụ khoa, tai muỗi họng, hàm mặt, ngoại tổng quát, phẩu thuật thẩm mỹ nhiều lĩnh vực khác Hình 5.19 Cắt Amidan dao mổ laser CO2 Hình 5.20 Phẩu thuật thẩm mỹ dao mổ laser Hình 5.21 Mổ nội soi dao mổ laser CO2 Hình 5.22 Điều trị bệnh da liễu laser CO2 16 Trang tài liệu tham khảo/ tài liệu trích dẫn Một số đặc điểm Laser - Giáo trình Lý Sinh trường Đại học Y Dược Cần Thơ – năm 2022 Sơ lược tính chất Laser, ứng dụng Laser - Giáo trình Vật lý - Lý Sinh trường Đại học Y Dược TP.HCM – năm 2022 https://www.futura-sciences.com/sciences/dossiers/physique-lasers-puissanceimpulsions-ultracourtes-764/page/2/ https://www.newscientist.com/article/2180942-laser-beams-have-gravity-and-canwarp-the-fabric-of-the-universe/ https://www.lightscalpel.com/laser-surgery/ https://yhocthammy.com/laser-va-thiet-bi-anh-sang-phan-i/ https://www.youtube.com/watch?v=oAv1V7U1vqc https://vnexpress.net/cham-cuu-bang-laser-chua-dau-co-liet-4113422.html https://healthvietnam.vn/thu-vien/tai-lieu-tieng-viet/y-hoc-co-truyen/quy-trinhlaser-cham http://benhvienquany105.vn/tin-tuc-hoat-dong/ung-dung-thiet-bi-laser-noi-machkhong-xam-lan-vao-vat-ly-tri-lieu-tai-benh-vien-quan-y-105.html http://www.benhvien103.vn/ung-dung-cong-nghe-laser-co2-dieu-tri-mot-so-benhda-lieu/ https://vi.m.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A1t_x%E1%BA%A1_k%C3%ADch_th %C3%ADch#:~:text=Trong%20quang%20h%E1%BB%8Dc%2C%20ph%C3%A1t %20x%E1%BA%A1,m%E1%BB%A9c%20n%C4%83ng%20l%C6%B0%E1%BB %A3ng%20th%E1%BA%A5p%20h%C6%A1n 17 ...Mục Lục Laser y học 5.1 Bức xạ cảm ứng 5.2 Một số đặc điểm laser 5.3 Hiệu ứng sinh học tia laser 5.3.1 Hiệu ứng kích thích sinh học 5.3.2 Hiệu ứng quang nhiệt... .8 5.3.3 Một số hiệu ứng khác .10 5.3.3.1 Hiệu ứng quang bóc lớp 10 5.3.3.2 Hiệu ứng quang 11 5.3.3.3 Hiệu ứng quang động học 12 5.4 Một số thiết bị laser y học ... .17 Laser y học 5.1 Bức xạ cảm ứng Từ laser viết tắt cụm từ: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Hình 5.1 Có nghĩa khuếch đại ánh sáng xạ cảm ứng Vì v? ?y, xạ cảm ứng chìa