6. Phƣơng pháp nghiên cứu
5.1. Trong y học:
Trong y học, laser được sử dụng như một con dao mổ trong kĩ thuật LASIK.LASIK là chữ viết tắt của Laser Insitu Kenatomileusik – một kỹ thuật được dùng trong phẫu thuật mắt. Người ta dùng dao vi phẫu microkeratome cắt giác mạc để làm một vạt giác mạc, chừa lại một phần. Vạt này được lật sang một bên sau đó dùng laser để bào mỏng giác mạc theo độ muốn điều chỉnh. Khi làm xong đậy vạt giác mạc lại mà không cần phải khâu.
5.1.1. Lịch sử:
Khoảng năm 1950, kĩ thuật LASIK đầu tiên được thực hiện bởi bác sĩ nhãn khoa người Tây Ban Nha – Jose Barraquer – tại bệnh viện của ông ở Bogota – Colombia – Mĩ. Nơi đây cũng phát triển sử dụng công cụ microkeratome đầu tiên – ứng dụng để phát triển các kĩ thuật dùng để tạo một vạt mỏng trong giác mạc, và thay đổi hình dạng của nó. Kĩ thuật đó được ông gọi là Keratomileusis.
Năm 1968, Mani Lal Bhaumik và một nhóm các nhà khoa học đã làm việc trên sự phát triển của laser CO2. Công việc của họ là phát triển laser excimer.Đây là loại laser sẽ trở thành nền tảng cho phẫu thuật mắt.
Sự ra đời của laser trong phẫu thuật khúc xạ xuất phát từ nghiên cứu của Rangaswamy Srinivasan. Năm 1980, Srinivasan làm việc tại phòng nghiên cứu của IBM, phát hiện ra rằng một tia laser excimer cực tím có thể tách mô sống một cách chính xác mà không có thiệt hại nhiệt đến khu vực xung quanh.
Tiểu luận lý thuyết LASER
5.1.2. Nguyên tắc hoạt động:
Khi chiếu tia sáng laser vào một hệ sinh vật như cơ thể con người, sẽ có những hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể. Những hiệu ứng sinh học này là cơ sở để sử dụng laser trong y học phục vụ con người.
Khi sử dụng laser để điều trị thì yếu tố quyết định hiệu quả là liều chiếu, bao gồm các tham số:
- Công suất
- Độ hội tụ (mật độ công suất ) - Thời gian chiếu
- Số lần chiếu
- Khoảng cach giữa các lần chiếu
Bên cạnh đó đặc điểm của tổ chức cơ thể nơi chiếu cũng là yếu tố quan trọng góp phần tạo nên kết quả tốt trong điều trị.
Trong ngành nhãn khoa ở lĩnh vực phẫu thuật giác mạc, người ta dùng laser excimer. Phần chính của laser loại này là một ống khí chịu áp suất cao chứa hỗn hợp gồm một khí trơ và khí halogen.Qua phóng điện cao áp sẽ xuất hiện những phân tử có thời gian sống cực kì ngắn là các halogenua khí hiếm ở trạng thái kích thích và chúng lại giải phóng ngay tức thì năng lượng của chúng dưới dạng bức xạ tử ngoại.
Trước khi chiếu laser, bệnh nhân sẽ được cắt vạt giác mạc bằng dao microkeratome. Vạt giác mạc được cắt theo hình tròn ở vùng trung tâm giác mạc, dày khoảng 130 – 160 mm. Phần vạt cắt ra có chừa lại một phần như là bản lề để giữ lại. Khi gập lại sẽ để lộ phần nhu mô, phần giữa của giác mạc.
Tiểu luận lý thuyết LASER Bước thứ hai của thủ thuật là sử dụng laser excimer được tạo ra từ các phân tử ArF có bước sóng 193 nm để sửa sang phần nhu mô giác mạc. Laser này không gây ra nhiệt ảnh hưởng đến mắt và nó chỉ tác động trên bề mặt các mô của giác mạc.Thời gian Laser tác động kéo dài khoảng 30 giây.
Đối với tật cận thị, tia laser sẽ làm giảm độ cong của giác mạc bằng cách làm giảm đi một lượng mô giác mạc rất nhỏ ở chính giữa giác mạc. Khi đó bán kính trung tâm của giác mạc tăng lên, do vậy công suất khúc xạ giác mạc giảm đi .
Đối với tật viễn thị, tia laser sẽ làm tăng độ cong của giác mạc bằng cách làm giảm đi một lượng mô ở vùng chu vi của giác mạc Khi đó, bán kính trung tâm giác mạc giảm đi, dẫn đến công suất khúc xạ giác mạc tăng lên.
Đối với tật loạn thị, tia laser được sử dụng tác động lên xung quanh lớp nhu mô giác mạc, làm thay đổi độ cong giác mạc.
Qua nghiên cứu ta nhận thấy laser excimer 193 nm có những đặc điểm phù hợp cho phẫu thuật khúc xạ như:
Năng lượng photon cao 6,42 eV
Khả năng xuyên qua mô xung quanh thấp Gây tổn thương do nhiệt nhẹ
Không gây đột biến gen
Trên bề mặt giác mạc, các xung ánh sáng sẽ bị một lớp mỏng cỡ 250 nm hấp thụ hoàn toàn. Lớp này tiêu thụ toàn bộ năng lượng của xung laser và ngay lập tức hóa hơi, không kịp cho mô xung quanh trong thời gian ngắn như vậy có thể bị phá hủy. Bằng cách này, ta đã có trong tay khả năng gia công ưu việt hơn rất nhiều so với các phương pháp vi phẫu khác.
Tiểu luận lý thuyết LASER Sau khi tia laser đã định hình lại lớp mô đệm, vạt giác mạc được đặt cẩn thận trở lại vị trí cũ. Vạt vẫn còn ở vị trí kết dính tự nhiên cho đến khi chữa bệnh hoàn thành.
Hình 5.1. Quy trình các bước trong kĩ thuật LASIK (từ trái qua phải, từ trên xuống dưới)
1. Dùng dao microkeratome cắt vạt giác mạc 2. Vạt giác mạc được lật lên
3. Chiếu tia laser vào giác mạc
4. Đậy vạt giác mạc lại sau khi chiếu xong
Điều có ý nghĩa quyết định cho thị lực chính là bề mặt đều đặn, trong suốt và phẳng của giác mạc. Những can thiệp thông thường của phẫu thuật chẳng hạn như bằng dao mổ trên bình diện vi mô sẽ luôn phá hủy mô. Cơ thể sẽ phản ứng và gây ra sẹo là nguyên nhân gây bệnh mờ giác mạc. Ngay sự can thiệp của phẫu thuật bằng laser excimer cũng gây ra viêm tấy ở mô, nhưng ta vẫn có thể giới hạn được ở một mức độ nhỏ nếu đều đặn nhỏ thuốc vào mắt
Tiểu luận lý thuyết LASER
5.1.3. Ƣu điểm:
Sử dụng laser trong điều trị tật khúc xạ về mắt là một phương pháp phẫu thuật an toàn và hiệu quả nhất trên thế giới hiện nay. Tia laser chỉ tác động trên bề mặt giác mạc mà không ảnh hưởng đến các thành phần phía sau của mắt.Phẫu thuật không gây đau, không chảy máu, không nhiễm trùng với độ chính xác cao.Thời gian thực hiện nhanh và bệnh nhân có thể ra về trong ngày. Vì vậy ngày nay phương pháp này đang được rất nhiều người tìm đến với mong muốn từ bỏ những rắc rối và phiền toái do việc phải đeo kính thường xuyên mang lại.
5.2. Trong đời sống:
Laser được ứng dụng rất nhiều trong đời sống mà thân quen và hữu dụng nhất là để ghi và đọc đĩa CD và DVD. Thiết bị này còn được gọi là ổ đĩa quang (hình 3.2), nó sử dụng một loại thiết bị phát tia laser chiếu vào bề mặt đĩa quang, sau đó phản xạ lại trên đầu thu và được giải mã thành tín hiệu. Có ba loại ổ đĩa quang là ổ đọc, ổ ghi và ổ vừa ghi vừa đọc.
5.2.1. Lịch sử:
Được phát triển vào cuối thập niên 1960, đĩa quang đầu tiên được phát minh bởi James Russel. Năm 1979, Sony và Phillips bắt đầu bắt tay vào cùng nghiên cứu và phát triển loại đĩa CD – DA (digital audio) dùng cho việc ghi âm thanh.
Đầu năm 1980, chuẩn đĩa CD – DA ra đời.Chúng được chuẩn hóa dưới Định dạng Sách đỏ (Red Book) (chúng có tên như vậy bởi vì toàn bộ các tài liệu liên quan được chứa trong một cuốn sách có bìa màu đỏ). Sau khi đưa ra định dạng chung thì cả hai hãng bắt đầu cuôc đua về máy phát đĩa CD để thương mại ra thị trường. Đây chính là khởi đầu cho sự ra đời và phát triển của ổ quang
Tiểu luận lý thuyết LASER
Hình 5.2. Ổ đĩa quang
Từ năm 1983 trở về sau, định dạng đĩa quang cũng được phát triển theo các chuẩn sách vàng, xanh, cam, trắng,… Từ đó ổ quang cũng được điều chỉnh và phát triển cho phù hợp
5.2.2 Nguyên tắc hoạt động: a. Ghi đĩa:
Dữ liệu được ghi lên đĩa được mã hóa thành dạng tín hiệu 0, 1 ở đầu ghi. Người ta sử dụng chùm laser để ghi nhận những tín hiệu này lên đĩa. Trong đầu ghi, đĩa được quay với tốc độ cao và súng laser sẽ chiếu tia laser lên bề mặt đĩa. Tia laser được điều khiển tắt sáng tương ứng với tín hiệu 0 hay 1 được đưa vào. Ứng với tín hiệu 0 là tia laser tắt, ứng với tín hiệu 1 là tia laser sáng. Lúc này tia laser mang một năng lượng rất cao đốt cháy bề mặt đĩa thành một điểm tối không có khả năng phản xạ với tia laser chiếu đến. Mạch servo trong đầu ghi sẽ điều khiển tốc độ quay đĩa cũng như điều khiển cho tia laser hội tụ trên đĩa và ghi tín hiệu thành các track xoắn trôn ốc.
Tiểu luận lý thuyết LASER
Hình 5.3.Sơ đồ khối nguyên tắc ghi đĩa của ổ quang
b. Đọc đĩa:
(a) (b)
Tiểu luận lý thuyết LASER Nguyên tắc đọc ngược lại với nguyên tắc ghi. Trên đĩa lúc này có các rãnh xoắn trôn ốc từ trong ra ngoài theo các track (hình 5.4b). Trên các track này là các rãnh (land) và các pit (tương tự như các điểm bị đốt cháy và không bị đốt cháy như đã đề cập ở trên). Đầu đọc là một chùm laser hồng ngoại, một phần đi vào tận đáy rãnh và bị đáy này phản xạ, trong khi phần còn lại bị bề mặt xung quanh rãnh phản xạ. Khi hai sóng ánh sáng kết hợp, chúng có thể cùng pha hoặc ngược pha làm cường độ được tăng cường hoặc giảm bớt. Nếu ánh sáng tới không gặp rãnh thì sẽ không bị thay đổi cường độ khi phản xạ. Ánh sáng phản xạ này sẽ quay lại nguồn phát ra chúng và bị đổi hướng bởi một hệ lăng kính đến detector. Tại đây, một diode cảm quang sẽ mã hóa tín hiệu nhận được thành các tín hiệu nhị phân.Chúng chứa âm thanh, video hoặc dữ liệu phần mềm máy tính. Nếu cường độ ánh sáng bị thay đổi, tín hiệu nhận được là 0. Nếu cường độ ánh sáng không bị thay đổi, tín hiệu nhận được là 1.
Tín hiệu đọc nếu ngược với khi ghi thì chỉ việc qua cổng đảo, tín hiệu sẽ được đảo lại. Thông tin được tái tạo gần như hoàn hảo các âm thanh và hình ảnh ban đầu.
Tiểu luận lý thuyết LASER