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  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    1/19

    Effects

    on

    nor-

    of

    Neu-

    198s.

    Tipe

    lI

    prelim-

    /.

    \'Vg\,\r,

    Kots

    fibre

    NIed-

    m

    i98,

    .

    o:

    LASER

    TERAPIA

    IN

    MEDICINA

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    2/19

    LASER

    I'acronimo

    di Light Amplification by

    Stimulated Emission

    of Radiation

    (amplificazione

    di

    luce

    per

    mezzo

    di un'emissione

    stimolata

    di

    ra-

    diazioni); dalla

    sua

    prima

    elaborazione

    a oggi,

    questa

    tecnologia ha

    trovato

    un

    campo

    sempre

    pir vasto

    di applicazioni.

    La prima

    sorgente

    di luce

    laser

    stata

    messa

    a

    punto

    nel

    1960

    da T.H.

    Maiman;

    tuttavia,

    i

    pre-

    supposti

    teorici

    del

    laser

    si

    devono ricercare

    nel

    modello atomico

    di

    Bohr,

    concepito

    tra il 1911

    e

    il

    1913

    e,

    soprattutto, nella

    teoria di Einstein

    del

    1917,

    rigtardante

    l'emissione

    di

    fotoni

    da

    parte

    di

    atomi

    eccitati.

    Sia

    Einstein

    che

    Bohr

    ottennero

    Der

    questi

    studi

    il

    premio

    Nobel per

    la Fisica.

    A partire

    dagli

    anni

    '70,

    i

    laser

    cominciarono

    a

    essere

    utilizzati con

    successo

    in

    ambito prima

    chi-

    rurgico e poi

    medico, tanto

    che in

    quegli

    anni ven-

    ne

    introdotto

    il

    concetto

    di

    laser

    terapia.

    Lo

    sviluppo della

    tecnologia

    e

    il

    miglioramen-

    to

    delle conoscenze

    degli effetti della luce

    sull'or-

    ganismo,

    ha

    portato

    i laser

    a

    essere

    attualmente

    una delle

    forme

    di terapia fisica

    pi

    diffuse.

    Il

    termine

    laser

    sottintende I'impiego

    di

    radia-

    zioni

    "luminose",

    cio collocate

    attorno

    alla

    ban-

    da della luce visibile, dall'ultravioletto all'infraros-

    so;

    queste radiazioni,

    pur

    non

    essendo

    ionizzanl|

    possiedono,

    in

    realt,

    elevate

    quantit

    energetiche.

    Questa

    definizione

    del

    laser

    valida per gli

    stru-

    inenti fisioterapici

    e

    anche per

    quelli

    chirurgici;

    tuttavia,

    in

    considerazione

    delle attuali

    conoscen-

    ze

    scientifiche,

    appare invece

    limitativa;

    infatti,

    so-

    no

    ora

    realizzabili

    anche laser

    araggiX,

    le

    cui ap-

    plicazioni

    tecnologiche

    sono

    ancora da esplorare.

    PRINCIPI

    FISICI

    E^^ISSIONE

    STIMOIATA

    Un'emissione di onde

    elettromagnetiche simile

    :i laser non esiste in

    natura;

    i quanti

    d'energia o

    ::

    tbtoni vengono naturalmente

    emessi

    dagli ato-

    :i

    a

    seguito dell'eccitazione

    degli elettroni,

    che si

    ttostano

    su

    orbite energetiche

    pi

    elevate.

    Gli elet-

    ::r-ni

    eccitati tendono

    poi

    a riportarsi

    a

    un livello

    LA

    LUCE

    TASER

    energetico

    pir

    basso e

    pi

    stabile

    in un tempo

    as-

    sai breve,

    variabile

    nell'intervallo

    tra

    il

    nanosecon-

    do e

    il

    millisecondo;

    questo

    successivo

    fenomeno

    si

    manifesta

    con I'emissione

    di un fotone

    o

    con

    la

    produzione

    di calore.

    Lemissione

    naturale

    dei

    fo-

    toni

    awiene

    con

    modalit

    del tutto

    casuali; per

    esempio,

    una

    lampadina

    produce

    calore

    e

    illumi-

    na tutto lo

    spazio

    che la circonda per

    un

    determi-

    nato

    raggio

    d'azione.

    Il

    laser nasce

    dall'ipotesi

    di creare

    tn'emissione

    stimolata

    di fotoni.

    Il

    fatto

    in

    s assai

    rilevante,

    perch

    ha

    stravolto la

    concezione galileiana

    della

    Fisica,

    intesa

    come insieme

    di

    fenomeni

    naturali

    da osservare,

    al

    fine

    di

    comprenderli,

    riprodurli

    e

    ripeterli

    in

    maniera

    coscienl.e.

    Secondo questa

    teoria,

    se

    un fotone interagisce

    con un

    atomo gi eccitato,

    lo

    induce

    a

    produrre

    un

    altro

    fotone,

    ottenendo infine

    due

    fotoni

    iden-

    tici

    (Fig.

    7.1).

    Se il fenomeno

    viene

    moltiplicato

    da

    un'adeguata

    stimolazione

    energetica, nell'am-

    bito

    di un

    sistema

    atomico

    omogeneo,

    si realizza

    allora

    un'emissione

    di numerosi fotoni

    tutti

    iden-

    tici

    al

    primo,

    coerenti per

    energia e

    frequenza.

    Questa

    emissione

    coerente

    la caratteristica

    prin-

    cipale delle sorgenti

    laser.

    INVERSIONE DI POPOIAZIONE

    Il

    processo

    di

    emissione

    stimolata

    non

    produce

    una radiazione

    quantitativamente

    appr

    ezzabile se

    non si

    ottiene la cosiddetta

    inversione

    della

    popo-

    lazione

    elettronica.

    Per

    raggiungere questo

    fine, bi-

    fb

    fa

    E1

    137

    tig.

    7.1

    -

    Emissione

    $imololo

    difotoni.

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    3/19

    7

    TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr

    TrcNoioctr

    tN MrotctNn

    RAstLmlvl

    sogna

    riuscire

    a

    portare

    contemporaneamente

    la

    maggior

    parte

    degli

    atomi

    di una

    sostanza

    idonea

    a

    uno

    stato

    eccitato

    instabile.

    Quando

    il

    numero

    di elettroni

    eccitati

    supera

    quello

    dei

    non

    eccitati,

    si

    ha la

    cosiddetta

    inversione

    di

    popolazione.

    La

    diseccitazione

    awiene

    allora contemporaneamen-

    te

    in un

    numero

    di

    elettroni

    sufficiente

    a

    provoca-

    relaradiazione

    coerente,

    tipica

    del

    laser.

    Il

    proces-

    so

    di

    inversione

    della

    popolazione,

    per

    essere

    man-

    tenuto,

    ha

    bisogno

    di

    un

    rifornimento

    energetico

    costante,

    che

    viene

    definito

    "pompaggio".

    PROPRIETA

    DELIA

    RADIAZIONE

    IASER

    La radiazione

    laser

    possiede alcune

    propriet

    che

    si

    possono sintetizzare

    in:

    monocromaticit,

    unidirezionalit,

    coeren

    za

    e brillanza.

    Monocromaticit.

    -

    Una

    sorgente naturale

    emette

    quantit

    variabili

    di

    radiazioni

    in

    bande

    di

    frequenza

    continue.

    Per esempio,

    il sole

    irradia

    onde

    elettromagnetiche,

    con

    una

    banda

    continua

    che

    spazia

    dai

    raggi

    gamma

    fino alf

    infrarosso'

    L

    occhio

    umano,

    che

    il

    nostro

    recettore

    dedi-

    cato alle

    radiazioni

    luminose,

    in

    grado

    di vede-

    re solo

    la banda

    da 400

    nm

    a 750

    nm;

    noto

    co-

    me altri

    animali,

    per esempio

    i

    serpenti,

    siano

    in

    grado

    di

    percepire

    una

    banda

    assai

    pi ampia,

    al-

    largata

    fino

    all'infrarosso.

    A

    differenza delle sorgenti luminose

    naturali,

    I'emissione

    laser

    invece

    monocromatica'

    cio

    costituita

    da un'onda

    elettromagnetica

    di

    una

    so-

    la frequenza.

    Questa

    peculiarit

    dipende

    essenzial-

    mente

    dalla

    sorgente

    che

    ha

    generato

    la

    tadiazio-

    ne

    laser.

    Una

    radiazione

    monocromatica

    facilita

    la

    selettivit

    degli

    effetti

    sul

    bersaglio.

    Coerenza.-

    Un'emissione

    spontanea

    di

    energia

    produce

    un

    insieme

    di

    onde

    elettromagnetiche

    di-

    sordinate,

    vale a

    dire,

    non

    in

    fase.

    Le onde

    elettro-

    magnetiche

    emanate

    da

    un

    dispositivo

    laser

    sono

    invece

    tufte

    in fase tra

    loro,

    presentano cio

    gli

    stessi

    punti

    nodali

    e dunque

    non

    interagiscono

    nel

    tempo

    e nello

    spazio.

    La

    medesima

    frequenza

    (cio

    la monocromaticit)

    fa si

    che

    I'irradiazione

    sia

    composta

    da onde

    assolutamente

    identiche,

    sia

    in senso

    energetico

    che

    temporale.

    Direzionalit.

    -

    La caratteristica

    principale

    di

    una

    sorgente

    laser

    il modo

    i cui si

    propagano

    le

    radiazioni

    nello

    spazio.

    Infatti,

    l'irradiazione

    na-

    turale

    non ha

    una

    direzione

    prioritaria;

    pertanto'

    la

    radiazione

    naturale

    pu

    essere

    rappresentata

    co-

    me

    un

    cono la cui

    base

    si allarga

    man mano

    che

    si

    allontana

    dalla

    sorgente.

    Ricordiamo

    che

    I'intensit

    di

    una

    sorgente

    lu-

    minosa

    naturale

    decresce

    con

    il

    quadrato della

    di-

    stanza

    (Fi1.7.2):

    I=W/S

    1=W/4nP

    (I

    =

    intensit,

    \N

    =

    potenza,

    S

    =

    superfi.cie

    sferica,

    n=3,l4er=raggio)

    Una

    sorgente

    laser

    per definizione

    in grado

    di

    irradiare

    fotoni

    estremamente

    collimati

    nello

    spa-

    zio, aventi

    cio

    una

    divergenza

    trascurabile

    (Fig.

    7.3).

    Infatti,

    l'angolo

    di

    divergenza

    trala

    traietto-

    ria dei singoli

    fotoni

    dell'ordine

    dei

    milliradian-

    ti

    (l

    milliradiante

    =

    0,057o),

    per

    cui

    la direzione

    dei

    singoli

    raggi

    pu essere

    considerata

    di

    fatto

    pa-

    rallela

    per

    enormi

    distanze

    spaziali.

    In

    virt

    di

    questa

    propriet,

    stato possibile misurare

    con

    raggi

    laser

    distanze

    tra

    alcuni

    corpi

    celesti,

    per

    esempio

    tra

    la terra

    e

    la

    luna,

    con

    un'accuratezza

    dell'ordine

    dei

    millimetri.

    Brillanza.

    -

    L'estrema

    collimazione

    della

    sor-

    gente

    luminosa

    laser

    permette

    la

    concentrazione

    fig.7.2

    lrrodiozione

    di

    uno

    sorgenle

    nourole:

    l'infensit

    diminuisce

    in

    ne del quodrolo dello di$onzo.

    funzio'

    Fig.

    7.3

    -

    Lo radiozione

    loser

    presenlo

    rodiozioni

    porollele;

    non

    subisce

    lo

    lEge

    dell0

    dispersione quodrofco in

    funzione dello distonzo, lipico delle

    sorgen'

    i nafuroli.

    t38

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    4/19

    Lnsm

    Trnapn

    ru

    MrorcrNl

    7

    u-

    di-

    di

    spa-

    pa-

    di

    per

    sor-

    funzio'

    lo

    di elevate intensit

    su

    superfici

    di

    piccolissime

    di-

    mensioni,

    cio consente

    di

    raggiungere

    enormi

    densit di potenza.

    Nessun

    dispositivo

    ottico di

    convergenza

    fornisce prestazioni

    simili a

    quelle

    di

    una sorgente

    laser.

    GENERATORI

    DI

    LUCE TASER

    Un

    generatore

    di

    luce laser

    composto da

    quat-

    tro

    elementi

    base: il

    mezzo

    attivo, tl

    sistema di

    pom-

    paggio,

    il

    sistema

    di

    risonanza

    e

    rl

    sistema

    di colli-

    mazione

    (Fig.7

    .a).

    MEZ]O

    ATTIVO

    costituito

    da

    sostanze

    che, opportunamente

    eccitate,

    r ealizzano

    I'

    inversione

    della

    popolazio

    ne

    elettronica

    e

    generano

    il

    fascio

    fotonico. La

    com-

    posizione

    deI

    mezzo

    attivo determina

    la

    lunghez-

    za

    d'onda

    della radiazione;

    il laser

    prende

    di

    nor-

    ma

    il

    nome

    del

    mezzo

    attivo

    da

    cui

    generato.

    Il

    mezzo

    attivo,

    detto

    anche

    sorgente,

    si trova

    all'interno

    del risonatore;

    pu

    presentarsi

    in

    tutti

    gli stati

    della materia) gassoso, plasma,liquido

    e

    solido

    (Tab.

    7.I).

    Mezzo

    attivo in

    stato

    gassoso.

    -

    In genere

    il

    gas

    costituito

    da

    una

    miscela.

    Ne sono esempi

    il

    la-

    ser a

    elio-neon

    (He-Ne)

    e il laser

    ad anidride

    car-

    bonica

    (COr);

    in

    quest'ultimo,

    all'anidride

    carbo-

    nica

    si

    trovano associati anche

    altri gas

    quali,

    azo-

    to.

    elio

    e

    xenio.

    Mezzo

    attivo in

    plasma.

    -

    Il

    plasma

    uno sta-

    to

    della

    materia

    in

    cui

    gli

    elettroni

    sono separati

    dagli

    atomi e

    dalle molecole; nel mezzo

    attivo

    si

    trovano elettroni

    liberi

    e

    ioni. Il pi noto

    laser al

    plasma

    quello

    ad

    argon

    (fluorite),

    che viene

    mezzo

    attivo

    collimatore

    fascio

    laser

    95% R

    +

    7.4

    -

    Schemo di un

    generotore

    loser: mezzo

    otivo, sislemo di

    pompog-

    ;io,

    risonoore

    o

    specchi

    e collimotore.

    pompato

    in gas,

    poi

    attivato

    a

    plasma.

    Altri

    mez-

    zi

    attivi

    simili

    sono

    quelli

    a base di

    kripton

    e xe-

    non.

    Mezzo attivo

    in

    stato

    liquido.

    -

    I laser

    a sorgen-

    te liquida pir

    comuni sono i cosiddetti laser

    a co-

    loranti

    (dye-laser).

    La

    loro

    caratteristica

    I'accor-

    dabilit della frequenza

    (tunable

    laser),

    consisten-

    te nella

    possibilit

    di variare la frequenza

    della ra-

    diazione modificando il

    gradiente

    del colore.

    Per

    esempio, la

    rhodamina,

    che

    emette

    una radiazio-

    ne nel rosso

    visibile

    attorno a

    620 nm.

    consente

    una variazione

    di

    frequenza

    dell'ordine

    dei 200

    nm,

    in

    relazione

    al gradiente

    di

    colore

    scelto. Il

    problema

    dei laser

    a

    coloranti

    costituito

    dal-

    l'estrema

    tossicit

    del

    mezzo

    attivo;

    alcuni

    sono

    potenzialmente

    cancerogeni.

    Mezzo

    attivo

    solido.

    -

    I

    pi

    rappresentativi

    tra

    i

    laser a sorgente solida sono

    il

    neodimio

    YAG

    (Nd:YAG)

    e i laser

    a semiconduttori.

    Nel

    primo, la

    sorgente

    costituita

    da un cristallo

    di ittrio-allu-

    mino-granato

    (YAG)

    che funge da

    accettore

    di

    elettroni

    del

    neodimio.

    I

    laser

    a semiconduttori

    sono spesso

    chiamati

    anche laser a diodi;

    il

    mezzo

    attivo

    rappresenta-

    to da

    un

    semiconduttore,

    contenente

    elementi do-

    natori

    di elettroni

    (per

    esempio

    I'arsenico),

    accop-

    piato

    ad

    altri

    elementi

    accettori

    di

    elettroni,

    quali

    per

    esempio,l'alluminio e

    l'indio.

    Il pi

    noto il

    Ga-As che anche

    uno

    dei

    laser

    biomedicali

    "sto-

    rici"

    ancora

    in

    uso.

    SISTEMA

    DI POMPAGGIO

    il

    sistema che rifornis

    ce il

    mezzo

    attivo

    del-

    I'energia necessaria per

    creare

    lo

    stato

    di

    eccita-

    zione atomica per I'inversione

    della

    popolazione.

    Il

    tipo di

    energia pu

    essere

    ottico,

    elettrico o

    chi-

    mico.

    Il

    pompaggio

    ottico pu

    essere rappresentato

    dal

    "flash"

    di una

    lampada.

    Il

    laser

    a rubino

    e di-

    versi laser

    a

    coloranti

    utilizzano

    questo

    sistema.

    Alcuni

    laser

    a

    Nd:YAG impiegano

    un

    sistema

    pi

    evoluto,

    costituito

    da

    un'altra

    sorgente laser

    che eccita lI mezzo

    attivo.

    Il

    pompaggio

    elettrico

    un altro metodo molto

    comune:

    la

    maggior parte

    dei laser

    a

    gas

    se

    ne

    ser-

    ve. Per dare

    inizio

    all'eccitazione

    richiesto

    un

    voltaggio

    assai

    elevato;

    successivamente, il

    r-oltag-

    gio viene abbassato

    e

    portato

    a

    un

    livello

    di man-

    tenimento.

    Il

    pompaggio

    chimico

    costituito

    dall'energia

    liberata

    da una reazione di

    "legame",

    opportuna-

    t-:.

    \

    "trt

    il*

    i

    ffi

    po

    100%R

    t39

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    5/19

    Z

    TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr

    TrcNoLoor rN

    MeorctNn

    RAstLrmrvl

    mente pilotata.

    Diversi

    laser

    a coloranti

    si

    basano

    su

    questo

    sistema.

    RISONATORE

    detto

    anche cavit

    ottica;

    nel suo

    schema ba-

    se

    costituito

    da

    un cilindro

    cavo

    avente

    agli estre-

    mi

    due specchi,

    uno

    riflettente al 100o/o,

    I'altro

    al

    95-98o/o.Le radiazioni che si

    generano

    nel mezzo

    attivo

    presente

    all'interno del

    cilindro si riflettono

    ripetutamente

    da uno

    specchio all'altro.

    La lun-

    ghezza

    del

    cilindro

    deve

    essere

    un multiplo

    o

    un

    sottomultiplo

    della lwghezza

    d'onda

    che

    si

    vuole

    selezionare.

    L=nxlv/2

    (L

    =

    lunghezza

    risuonatore,

    n

    =

    moltiplicatore,

    )"

    =

    lunghezza

    d'onda)

    Solo le

    radiazioni

    della

    lunghezza

    d'onda ade-

    guata

    e con

    la

    direzione corretta possono

    colpire

    in

    fase la piccola

    apertura

    dello

    specchio

    parzial-

    mente

    riflettente

    (dicroico);

    le altre

    vengono assor-

    bite dalle

    pareti

    laterali

    del

    tubo. Dal

    tramite del-

    lo specchio

    dicroico escono le

    radiazioni

    coerenti

    tipiche del laser.

    SISTEMA DI

    COLLIMAZIONE

    il

    dispositivo che determina la forma

    finale

    del raggio

    laser,

    cio

    1o

    "spot",

    che

    pu

    essere

    pi

    Iob. 7.1

    -

    Corolteristkhe dei mezzi

    otfivi

    dei loser

    pi

    diffusi.

    o meno ampio

    in funzione

    dello scopo

    a cui

    il

    rag-

    gio

    destinato.

    MODALITA

    DI

    EROGMIONE

    Gli apparecchi laser

    possono

    erogare

    la radia-

    zione

    in

    maniera continua

    e

    cio

    con intensita

    co-

    stante

    per

    tutto

    il

    tempo di

    erogazione,

    oppure

    in

    modalit

    pulsata

    con pacchetti di impulsi

    a

    fre-

    qtenza

    variabile

    (Fig.

    7.5 A,

    B,

    C

    e

    D).

    Modalit

    continua

    (continous

    wave

    o

    CW.

    -

    In

    questa

    modalit

    la

    radiazione

    viene

    emessa a

    poteza

    costante per

    tutto

    il periodo

    di

    erogazio-

    ne.

    Gli effetti

    dell'interazione

    di

    questa

    radiazione

    con un

    organismo dipendono

    esclusivamente

    dal-

    la possibilit

    di

    penetrazione

    e di

    trasferimento

    di

    energia al substrato.

    Per

    diversi laser

    di

    bassa

    po-

    tenza l'emissione

    in modalit

    continua

    una con-

    dizione

    necessaria per

    poter

    trasferire

    ai tessuti

    una sufficiente

    dose di energia. Il

    discorso

    diver-

    so per i laser

    di

    altapotenza,

    dove

    I'energia

    dispo-

    nibile

    pu

    essere

    usata per fini

    assai

    differenti, per

    esempio antalgico

    o stimolante.

    Il

    puntamento

    pu

    essere

    fisso

    o

    a scansione,

    a

    seconda

    che la

    sorgente

    di

    luce venga

    spostata

    o

    no durante

    l'erogazione.

    Modalit

    pulsata

    Qrulseilwaye

    o

    PW.-

    In

    que-

    sta

    maniera viene

    esaltato

    l'effetto stimolante

    del-

    r'i:l::,t.

    .,i

    ...

    ::r.4,:'

    i,,1:t,.

    ,:

    mEzzo

    ATTtvo TUNGHEZZA D'01{DA

    (nm}

    COLORE EMtSSt0t{E

    GAS

    flio-Neon

    Hio-Codmio

    Vopori

    di

    Ro, Au

    Biossido

    di

    C

    (COr)

    Azofo

    33

    +

    594

    543

    +

    32

    325

    +

    441

    627

    +570

    I

    0.00

    337

    roso-giollo

    verde-oroncio

    UV-violelo

    Roso-giollo

    FIR

    UV

    CW

    CW

    CW

    CW, PW

    PW

    Kdpton

    ,,

    ,J-.&,,rri'x

    r93

    222

    308

    ,

    ia:atii

    'aaa'aa:

    ':*.1,

    M,

    LIQUIDO

    Coloronti

    (Dye)

    Rhodomina

    570:

    50

    UV.NIR-VIS

    CW

    PW

    9S100

    &rbioo

    Semiconduttori

    :i60-As;

    Go-Al-k)

    i

    li(ru6;r1o'Y46

    '

    94

    ,,.'_

    BOa+t$r,

    l04:i.'

    PW

    Cl/l/

    Pl,V

    CW,

    PW

    I

    _t1l

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    6/19

    in

    a

    di

    er

    a

    o

    t

    tig.

    7.5

    A, B, C,

    D

    -

    Loser.

    A) emisione

    continuo

    fiso;

    B)

    sconsione;

    -

    :missione

    pulsotu;

    D)

    Oswitch.

    Lqsrn

    TTRApA

    rN MEDtctNA

    7

    la

    radiazione

    laser. Gli

    impulsi

    possono

    essere

    emessi

    secondo

    una

    frequenza

    assai

    varia,

    per

    esempio,

    da

    1

    a

    20.000 Hz.

    Questa

    fiequenza

    non

    deve essere

    confusa

    con

    la

    frequenza

    propria

    del-

    la

    radiazione

    luminosa,

    la

    quale,

    per quella

    sorgen-

    te,

    sempre

    Ia

    medesima.

    Nei

    laser

    pulsati

    vi

    un

    tempo

    attito

    {

    -orl

    )

    rappresento

    dalla

    durata

    dell'impulso,

    e

    un

    tem-

    po

    non

    attivo

    (r-oft)

    in

    cui

    I'intensit

    deLla

    luce

    uguale

    a

    zero, detto

    pausa.

    Si

    definisce

    periodo

    (T)

    la somma tra

    il

    tempo

    attivo

    e

    la

    pausa.

    Linverso del

    periodo

    (1/T'1

    rap-

    presentato dalla

    frequenza.

    Per duty

    cycle si

    intende il

    rapporto

    tra

    ii

    tem-

    po

    attivo

    e

    il

    periodo

    (^c-on/T)

    e

    pu variare tra

    0

    e 100o/o .

    Q-switch.

    Si

    tratta

    dell'emissione

    di

    impulsi ad

    altissima

    potenza

    di

    picco,

    dell'ordine di

    milioni

    di

    W,

    della

    durata di

    pochi

    ns.

    Questo

    sistema

    esprime

    un

    effetto

    fotomeccanico

    particolarmen-

    te spiccato

    e

    non attualmente

    usato

    in

    Fisiotera-

    pia'

    UNITA

    DI MISURA

    DEI IASER

    SPOT

    SIZE

    I'area di

    distribuzione

    della

    radiazione

    laser

    sul bersaglio;

    si

    misura

    in centimetri

    quadrati.

    La

    dimensione dello spot

    del laser

    un

    parametro

    es-

    senziale

    nell'interazione

    laser-tessuto.

    Infatti,

    al-

    I'incremento

    dell'area

    dello

    spot

    corrisponde

    sia

    un aumento

    dell'omogeneit

    del

    fascio

    luminoso

    che

    attraversa

    i

    tessuti

    sia

    una

    diminuzione

    degli

    angoli

    di scattering

    dei

    fotoni,

    con

    minore

    disper-

    sione

    della

    luce. Complessivamente'

    I'incremento

    dell'area

    dello spot

    favorisce

    la trasmittanza

    del7a

    luce

    laser

    attraverso

    i

    tessuti

    biologici.

    Dallo spot dipendono

    due

    grandezze

    importan-

    ti

    per

    un

    trattamento:la

    densit

    di

    potenza e

    la

    densit

    di energia,

    correlate

    tra

    loro

    dal tempo

    di

    erogazione (vedi

    oltre).

    POTENZA

    La

    potenza P

    l'energia

    espressa

    nell'unita

    dr

    tempo

    e si

    misura in

    Watt.

    Essa determinata

    dal

    livello energetico

    dei

    fotoni

    emessi.

    Nei

    laser

    pulsati si distingue

    1a

    potenza

    di

    pic-

    co dalla

    potenza

    media.

    Potenza

    di

    picco

    (Pp)

    -

    Consiste

    nel

    piu

    alto

    livello

    di

    potenza

    raggiunto

    dalf

    impulso

    l4t

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    7/19

    z-'r'

    TERAPIA

    FlslcA

    -

    Nuovr

    TrcNoLoor

    rN

    MrorcrNR

    RAsrLranvn

    Potenzamedia

    (pm).

    il

    valore

    medio

    della

    po_

    tenza

    espressa

    durante

    il

    tempo

    attivo

    di

    tuttigli

    impulsi

    emessi

    nell'unit

    di tempo.

    Pm

    =

    Pp xr-onxf

    twl

    Doye

    Pm

    la

    potenza

    media,

    pp

    la

    potenza

    di

    picco,

    't-on

    la

    durata dell'impulso

    e

    f

    la

    frequenza

    di

    emis

    si o

    n e dell'

    imp

    uls o.

    A

    volte

    il

    calcolo

    della potenza

    media

    che

    un

    laser pulsato

    in

    grado

    di

    sviluppare

    pu

    esse_

    re

    di

    difficile

    valutazione,

    perch

    la

    frequenza

    pu

    presentare

    una

    grande

    ampiezza

    di

    valori.

    Si

    pu

    fare

    una

    valutazione

    approssimativa

    del_

    la

    Pm

    considerando

    una

    freqienza

    standard

    di

    5

    kHz.

    Per

    esempio,

    nel

    caso

    di

    un

    laser

    diodico

    di

    904

    nm

    pulsato

    di

    cui

    si conosca

    solo

    la

    potenza

    di

    picco

    (Pp

    =

    25

    W)

    e

    la

    durata

    di ogni

    sngolo

    im_

    pulso (in

    genere

    il

    laser

    diodo

    pulsato

    di

    904

    nm

    haunx-on

    compreso

    tra

    100

    e

    200

    ns),

    -on

    =

    100

    ns:

    Pm

    =

    25

    W x

    l00x

    l0

    e

    s

    x

    5000

    Hz

    =

    12,5

    mW

    ,-on

    =

    200

    ns:

    Pm

    =

    25

    W x

    200

    x

    l-e

    s x

    5000

    Hz

    =

    25

    mW

    Densit

    di potenza (intensit).

    -

    La

    potenza

    del

    laser

    pu

    provocare

    effetti

    assai

    diversi

    in funzio-

    ne

    della

    densit

    con

    cui

    viene

    erogata,

    per

    cui

    meglio

    esprimerla

    in

    termini

    di

    densit

    di

    poten_

    za.

    Questa

    grandezza

    indica

    la

    potenza

    per

    unit

    di superficie

    e per

    il

    laser

    il

    rapporto

    ta

    la po-

    tenza

    e la

    dimensione

    dello

    spot

    su

    cui

    si

    distribui-

    sce

    il

    fascio

    luminoso.

    A parit

    di

    densit

    di potenza,la

    dimensione

    del_

    lo

    spot

    inversamente

    proporzionale

    alla

    potenza

    p

    I

    =

    p/

    cm2

    [w/cm2]

    N.B.

    L

    unit di

    superficie

    in

    Fisica

    e

    nei

    sistema

    interna_

    zionale

    il

    metro

    quadrato

    (-2),

    pe,

    cui

    la

    densit

    di

    potenza

    si

    misura

    in

    W/m2.

    In

    campo

    medico

    e

    in

    par_

    ticolare

    nel

    mondo

    del laser,

    pi

    agevole

    considerare

    il

    centimetro

    quadro;

    la

    definizione

    esatta

    delle

    misura_

    zioni

    che

    seguono

    sarebbe

    dunque:

    potenzaper

    centi_

    metro

    quadro.

    Dato

    lo

    scopo

    divulgativo

    e

    non

    specula_

    tivo

    del presente

    libro,

    esprimiamo

    impropriamente

    la

    densit

    di

    potenza

    con

    il

    rapporto

    Wcm2.

    ENERGIA

    la

    potenza

    erogata

    nel

    tempo

    (E

    =

    p

    x

    r

    ).

    Si

    distingue

    I'energia

    totale

    dall'energia

    per

    unit

    di

    superficie,

    detta

    densit

    di

    enereia.

    Energia

    totale.

    -

    Indica

    la

    quantit

    di luce

    che

    viene

    somministrata

    nel

    tempo

    totale

    di

    ogni

    esposizione;

    si

    misura

    in

    Joule

    [J].

    _.

    Densit

    d'energia

    o fl:uenza.

    _

    Rappresenta

    I'energia

    per

    unit di

    superficie.

    In

    campo

    medi_

    co si

    esprim

    e

    in

    I

    lcm2, Oltre

    ai

    concetti

    g

    .rpr..-

    si

    per

    la

    densit

    di potenza,

    questa

    grandezzatie-

    ne

    conto

    anche

    del

    tempo

    di

    applicazione

    del la_

    ser; infatti,

    per

    i

    laser

    continui,

    la

    densit

    di ener_

    gia

    si

    ottiene

    moltiplicando

    la

    densit

    di

    potenza

    per

    il

    tempo

    di

    erogazione.

    Laser

    continui:

    F

    =

    I

    [W/cm2]

    x

    tempo

    [s]

    [l/cm2]

    N.B.

    Nei

    laser

    pulsati,

    entra

    in

    campo

    la

    frequenza

    di

    ri_

    petizione

    degli

    impulsi;

    per

    questo,

    come

    abiumo

    vrsto,

    necessario calcolare la potenza media.

    La

    densit

    di

    energia

    il

    parametro

    che

    ci

    per_

    mette

    di

    interpretare

    al

    meglio

    i protocolli

    aei

    ai_

    versi

    tipi

    di

    laser

    terapia.

    Infatti,

    se

    trattiamo

    una

    superficie

    di

    I

    cm2

    per

    10

    secondi

    con

    un

    laser

    di

    10

    W di

    potenza,

    avremo

    una

    fluenza

    di

    100

    Ilcm2;

    se

    esponiamo

    una

    superficie

    di

    10

    cm2

    alla

    stessa

    potenza

    per

    lo

    stesso

    tempo,

    allora

    la

    fluen_

    za

    sar

    di

    I0Ilcm2.

    Per

    calcolare

    I'energia

    necessaria

    a

    un

    tratta_

    mento

    possono

    essere

    utili

    le tabelle

    numeriche

    di

    riferimento,

    in

    genere

    fornite

    dal

    costruttore.

    In

    tabella

    7.II

    abbiamo

    indicato

    uno

    schema

    molto

    semplice

    per

    il

    calcolo

    dell'energia.

    Iob.

    7.ll

    -

    Erogozione

    di

    I

    J

    in

    funzione

    dello

    potenzo

    medio

    e

    del

    fempo

    di rottomento.

    l

    *f

    **

    142

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    8/19

    fa5sp

    JsBap6

    N

    MDtoFlA

    T

    che

    ogni

    tie-

    di

    ri-

    di-

    una

    di

    100

    alla

    di

    Alcuni

    apparecchi

    consentono

    all'operatore

    di

    prestabilire

    il

    dosaggio

    inllcm2,mentre

    il softwa-

    re

    calcola

    poi

    automaticamente,

    in

    base

    alla

    fre-

    qtJenza

    e alla potenza,

    il

    tempo

    necessario

    per

    ese-

    guire

    il

    trattamento.

    Altri

    segnalano

    la dose

    di

    energia

    totale

    erogata,

    a

    intervalli

    di tempo

    prefis-

    sati,

    in

    genere

    ogni secondo.

    Fluenza

    dell'impulso.

    -

    Corrisponde

    all'ener-

    gia

    erogata

    durante

    ogni

    singolo

    impulso;

    si

    mi-

    sura

    f/cm2.

    La

    stessa

    energia pu

    essere

    erogata

    in

    maniera

    assai

    differente:

    con potenze

    di

    picco

    molto

    elevate

    e di breve

    durata

    (per

    es.:

    nanose-

    condi

    o

    microsecondi),

    oppure

    con

    una

    bassa

    po-

    tenza

    di picco

    e

    un tempo

    attivo

    prolungato (per

    es., alcuni

    millisecondi).

    Gli effetti

    di questa

    diffe-

    rente

    modalit

    di

    emissione

    sono

    assai

    diversi,

    in

    relazione

    soprattutto

    all'incremento

    termico

    in-

    dotto.

    EFFETTI

    BIOLOGICI

    DEL

    IASER

    In

    base

    a quanto

    detto,

    I'energia

    assorbita

    da

    un

    tessuto

    esposto

    a un

    raggio

    laser

    dipende

    dalla po-

    tenza

    (W),

    dalla

    modalit

    di

    erogazione

    della

    po-

    tenza

    (PW

    o

    CW),

    dal

    tempo

    di

    esposizione

    e

    in-

    fine

    dalla

    superficie

    irradiata

    (spot).

    Tirttavia,

    le interazioni

    della

    luce

    laser

    con

    i

    tes-

    suti biologici

    dipendono

    anche

    da una

    serie

    di

    al-

    tri

    fattori,

    alcuni

    relativi

    ai

    tessuti irradiati,

    altri

    al-

    le caratteristiche delle

    r

    adiazioni luminose.

    Per quanto

    riguarda

    i

    tessuti,

    la

    prima

    intera-

    zione

    alrriene

    con

    la

    cute.

    Com' noto,

    lo

    spesso-

    re

    della

    cute

    varia

    notevolmente

    da individuo

    a in-

    dividuo,

    ma

    anche

    nelle

    diverse parti

    corporee

    del

    medesimo

    individuo.

    Lo

    spessore

    della

    cute

    in-

    flienza

    il

    grado

    di

    attenuazione

    del

    raggio

    inci-

    dente;

    tuttavia,

    la

    cute

    non

    rappresenta

    una

    bar-

    riera

    invalicabile

    per

    i

    raggi

    luminosi

    laser.

    I1

    colore

    della

    cute

    molto

    importante;

    estre-

    mizzando

    il

    concetto,

    il

    colore

    bianco

    induce

    la

    maggiore

    riflessione

    mentre

    il

    nero

    il

    maggiore

    as-

    sorbimento, con

    tutte

    le

    possibili gradazioni

    inter-

    medie.

    La

    lucentezza

    della

    cute,

    come pure

    la

    presenza

    di peli,

    favorisce

    la riflessione

    del raggio

    laser.

    Se il

    laser

    supera

    la

    cute,

    subisce

    poi

    nel suo

    percorso

    diversi

    fenomeni

    ottici

    (Fig.

    7.6).

    FENOMENI

    OTTICI

    Riflessione.

    -

    Un'aliquota

    della radiazione

    inci-

    dente

    non

    penetra

    nel

    tessuti,

    ma

    viene

    riflessa

    Fig.

    7.

    -

    Interozioni

    del roggio

    loser

    con

    i tesuti

    biologici.

    con

    un angolo

    uguale

    all'angolo

    incidente.

    In

    via

    molto

    approssimativa,

    si ritiene

    che

    in

    un indir-i-

    duo

    di

    razzabianca

    e

    glabro,l'entit

    della

    rifles-

    sione

    sia

    attorno al

    l0-20o/o.

    Per

    minimizzare

    rl

    fe-

    nomeno

    della

    riflessione,l'angolo

    del raggio

    inci-

    dente

    con

    il tessuto

    deve

    essere

    il

    pi

    vicino

    pos-

    sibile

    a

    90".

    Trasmissione.

    -

    Indica

    la

    frazione

    della

    luce

    che,

    attraversata

    la

    cute,

    subisce

    lungo

    il

    decorso

    una

    serie

    di

    fenomeni,

    quali

    la

    diffusione

    e l,assor-

    bimento.

    Diffusione

    (scattering)

    .

    -

    La particolare

    rifra-

    zione

    a

    cui

    un

    raggio

    luminoso

    va

    incontro

    nei

    tessuti

    sottocutanei

    viene

    chiamata

    diffusione

    o

    scattering.

    Lo

    scattering

    awiene

    in

    direzioni

    mul-

    tiple,

    apparentemente casuali,

    in

    relazione alle

    mo-

    lecole

    con

    cui i fotoni

    si trovano

    a

    interagire.

    Sem-

    plificando,

    si osserva

    un

    forward

    scattering

    se

    i

    fo-

    toni

    vanno nella

    stessa

    direzione

    del

    raggio

    inci-

    dente

    e

    tnbackwqrd

    scattering

    se i fotoni

    si

    diri-

    gono

    in

    direzione

    opposta.

    Il

    sottocute

    pu

    essere

    rappresentato

    schemati-

    camente

    come

    una

    sospensione

    colloidale

    aniso-

    tropa;

    ricordiamo

    che

    con

    il

    termine

    anisotropo

    si

    intende

    1o

    stato

    fisico

    di

    alcune

    sostanze,

    specie

    cristalline,

    in

    cui i

    valori

    dell'indice

    di rifrazione

    e

    di conducibilit

    elettrica

    yariano

    a seconda

    della

    d

    irezione considerata-

    I

    fenomeni

    di

    diffrrsione

    sono

    influenzati

    note-

    volmente

    dall'indice

    di

    rifrazione

    del tessuto

    da

    at-

    traversare;

    pi

    il

    tessuto

    disomogeneo,

    pi

    lo

    scattering

    evidente.

    Assorbimento.

    -

    la

    cessione

    finale

    dell'ener-

    gia

    al tessuto.

    fassorbimento

    un

    fenomeno

    di-

    pendente

    da

    una

    molti

    fattori,

    in particolare.

    da

    alcune

    sostanze

    presenti

    all'interno

    dei

    tesr;ir:-

    chiamate

    crontofori.

    i

    I

    I

    l

    l

    l

    I

    t43

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    9/19

    7 TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr

    TrcNoLocrr

    rN

    MrolcrNa

    RAstlrAnva

    Cromofori.

    -

    Come abbiamo

    visto,

    I'assorbi-

    mento

    di

    una

    determinata

    radiazione

    da

    parte

    di

    un

    tessuto

    correlato

    alle

    caratteristiche

    chimico-

    fisiche

    della struttura irradiata.

    La luce

    del laser interagisce

    soprattutto

    con

    par-

    ticolari

    molecole presenti nel

    tessuto, dette

    cromo-

    fori, le quali

    assorbono la radiazione

    in

    maniera

    selettiva in

    funzione della lunghezza d'onda.I

    cro-

    mofori

    possono

    essere

    endogeni

    se

    prodotti

    dal-

    I'individuo;

    oppure esogeni,

    se

    sono

    introdotti

    dall'esterno.

    I

    cromofori

    endogeni pi

    noti e pi quantitati-

    vamente

    rappresentati

    nell'organismo

    sono: l'ac-

    qua,l'emoglobina,la

    melanina,le

    proteine

    e

    gli

    am-

    minoacidi.

    La percentuale

    relativa

    dei

    cromofori

    diversa

    da

    tessuto

    a tessuto.

    Vediamo ora

    come

    variano

    i

    fenomeni

    di

    as-

    sorbimento

    da parte

    dei

    cromofori

    in funzione

    della lunghezza

    d'onda della

    radiazione

    laser

    (Tab.

    7.iII).

    Nella banda

    dell'ultravioletto

    (UV

    ,

    =

    100

    +

    400

    nm)

    predomina

    I'assorbimento

    da

    parte

    di:

    melanina,

    proteine

    e

    acidi nucleici,

    specie

    per

    le

    radiazionitra200

    nm

    e

    350

    nm.

    Nella

    banda del

    visibile

    (),

    =

    400

    +

    760

    nm) l'as-

    sorbimento

    e la diffusione

    sono paragonabili.

    i

    principali

    cromofori

    a

    cui

    le

    ndiazioni

    luminose

    visibili

    sono

    sensibili

    sono:

    melanina

    e

    porfirine

    (emoglobina

    e

    mioglobina).

    Nella banda

    del

    vicino infrarosso

    (NIR,

    ?v

    =

    760

    +

    1400

    nm) la

    diffusione

    predomina

    sull'assorbi-

    mento

    e

    debole

    la

    recettivit

    di tutti

    i

    cromofo-

    ri

    naturali.

    Nella

    banda del lontano infrarosso

    (FIR,

    ?,,

    =

    Tob.

    7.lll-

    Cromofori di osorbimeno

    dei

    principoli

    loser

    Visibile:

    blu-verde

    Dye loser

    Visibile: vori

    colori

    Visibile:

    giollo"verde

    Visibile:

    roso

    1400

    +

    10.000

    nm) vi

    un

    assorbimento

    quasi

    esclusivo

    da

    parte

    dell'acqua.

    I laser

    che

    presentano

    una Iwghezza

    d'onda

    compresa tra

    600

    e

    1200

    nm

    vengono

    dunque

    scarsamente

    assorbiti

    a

    livello

    superficiale

    e

    riesco-

    no

    a

    penetrare

    in profondit

    nei tessuti.

    Per

    que-

    sto

    motivo

    si

    privilegiato

    I'uso di queste

    frequen-

    ze

    in Fisioterapia

    e

    in

    altre branche della

    Medici-

    na.

    Questa

    stretta

    banda di frequenze

    detta

    fine-

    stra terapeutica

    (Fig.7

    .7).

    PENETRMIONE

    E

    DENSITA

    DI POTENZA

    Oltre

    che

    dalla

    presenza

    dei cromofori,

    l'assor,

    bimento

    di un'emissione

    laser

    fortemente

    con-

    dizionato

    dalla

    capacit

    di

    penetrazione

    propria

    del

    fascio

    luminoso.

    La

    penetranza

    della

    luce dipende

    a sua

    volta

    da

    diversi fattori,

    tra cui,

    i

    principali

    sono:

    1a lunghez-

    za d'onda,

    il

    diametro

    dello

    spot e I'intensit

    del-

    la

    radiazione.

    Lunghezza

    d'onda.

    -Abbiamo

    visto

    come le

    ra-

    diazioni

    siano tanto

    pi

    penetranti

    quanto

    mag-

    giore

    lalunghezza

    d'onda; questo

    almeno

    teori-

    camente,

    in assenza

    dei

    cromofori

    specifici.

    Spot.

    -

    La

    penetranza

    della

    luce

    tanto

    pi

    ele-

    vata quanto

    maggiore

    iI

    diametro

    dello

    spot,

    perch questa

    condizione

    aumenta

    il

    volume

    del

    rnezzo

    irradiato

    nell'unit

    di tempo

    e

    riduce

    gli

    angoli

    di

    scattering

    (Zhao,1938).

    Purtroppo, la

    densit

    di

    potenza

    inversamen-

    te

    proporzionale

    alla dimensione

    dello spot,

    per

    cui,la condizione migliore

    quella

    di

    disporre

    di

    radiazioni

    laser

    di

    elevata

    potenza,

    erogate me-

    diante spot

    di dimensioni relativamente

    grandi.

    l"

    (nm)

    CROMOFORO

    +++

    melcnino,

    ++

    profeine,

    ++

    cc. nudeici

    +++

    melonino,

    ++

    emoglobino

    l 2,

    33 ++

    melonino,

    ++

    deosiemoglobino

    +++

    melonino, +++

    pigmenfi

    blu e verdi

    805 + 980

    +

    melonino,

    +

    deosi-emoglobino

    I

    04 +

    melonino,

    +

    osiemoglobino

    I 0.00

    +++

    0cqu0

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    10/19

    Lnsrn

    Trnnpn

    n Mmrcrrua

    7

    da

    di

    10

    1

    1'o-2

    10-+

    i9.7.7

    -

    Finesiro

    eropeutico:

    bondo

    compreso

    tro

    00 nm

    e

    ,l200

    nm.

    Intensit.

    -

    Sappiamo

    che l'intensit

    della luce

    che attraversa

    una

    struttura

    omogenea

    decresce

    esponenzialmente

    secondo

    la

    legge

    di

    Lambert-

    Beer:

    I

    (profonda)

    =

    I

    (incidentu)

    e

    (*Pz)

    N.B.

    p

    rappresenta

    il

    coefficiente

    di assorbimento.

    Pertanto,

    I'intensit

    della luce laser

    nei

    tessuti

    profondi

    direttamente

    proporzionale

    all'intensi-

    t

    della luce

    incidente sulla

    superficie

    cutanea

    (Hode,

    2004).

    Per

    questo

    motivo,le radiazioni

    di

    bassa intensit all'emissione hanno

    poche

    o

    nes-

    suna

    probabilit di

    evocare effetti

    biologici in pro-

    fondit

    (Fig.7.8).

    Si

    ritiene

    che sotto

    il limite

    di

    10-s

    Wcm2

    (0,01

    mWicm2) non

    vi

    siano apprezzabili effetti

    biosti-

    molanti,

    anche

    con

    tempi di

    esposizione superio-

    ri a 100

    secondi

    (Karu,

    1993).

    Quando

    le

    radiazioni

    laser

    vengono

    assorbite

    da

    0 1

    2 3

    4

    Profondit(cm)

    Ftg.

    7.S

    -

    Attenuczione del roggio loser nei tessui in funzione

    dello densit

    dipotenzo:

    soilo

    lo

    soglia

    di0,0 mW/cmz

    non si honno

    effefii

    biologici.

    un

    tessuto, si

    possono

    determinare

    diversi

    tipi

    di

    effetti biologici.

    EFFETTI

    BIOLOGICI

    Effetti fotochimici.

    -

    L

    energia

    del laser

    assor-

    bita

    dai

    cromofori

    in

    grado

    di provocare

    modi-

    ficazioni

    biochimiche

    nel

    tessuto irradiato,

    attra-

    verso meccanismi

    di fotoinduzione.

    fotodissocia-

    zione,

    foto

    sensib ili

    zzazione

    e foto

    conversione.

    In

    particolare,

    a livello

    cellulare viene

    favorita

    I'atti-

    vazione

    enzimatica, l'incremento

    della

    sintesi

    di

    acidi

    nucleici e delle proteine

    e I'incremento

    degli

    scambi metabolici. Le

    interazioni

    biochimiche

    sembrano

    essere

    le

    maggiori

    responsabili degli

    ef-

    fetti antiinfiammatorio,

    antiedemigeno, antalgico

    e biostimolante.

    Effetti fototermici.

    -

    Il

    riscaldamento

    dei tessu-

    ti

    awiene

    per

    conversione

    dell'energia elettromec-

    canica in energia

    termica;

    si realizza

    a

    seguito

    del-

    le vibrazioni

    e

    delle

    collisioni

    tra

    gli

    atomi

    eccita-

    ti.

    Gli effetti

    del riscaldamento

    tessutale

    dipendo-

    no

    dalf intensit,

    dalla htnghezza

    d'onda

    e dal

    tempo

    di

    esposizione

    alla radiazione.

    Essi

    vengo-

    no sfruttati in

    Medicina

    e Chirurgia in

    relazione

    alle temperature

    raggiunte

    (Tb.

    7.IV).

    Gli incrementi

    di

    temperatura

    fino a 42oC pro-

    muovono gli

    effetti

    anabolici,

    analgesici

    e antin-

    fiammatori

    tipici dei

    laser

    terapeutici.

    Nell'intervallo

    termico

    compreso rra 42"C

    e

    46"C

    il metabolismo

    tessutale

    rallenta

    progressi-

    vamente, fino

    a

    fermarsi; l'eventuale

    danno

    termi-

    co indotto al

    tessuto

    ancora reversibile.

    Tra 46"C

    e

    100'C

    si

    determinano

    in

    successio-

    ne:

    denaturazione

    proteica

    e lipidica,

    alterazioni

    o

    C

    q)

    c

    '

    o

    ;

    o

    .o

    E

    q)

    O

    I

    j

    I

    I

    i

    I

    E

    o

    =

    (

    {

    =

    c

    o

    o

    000

    t45

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    11/19

    7, TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr

    TrcNoLocrr

    rN

    MrorcrNl

    RngrurAnvl

    I

    40 +

    42'C

    I

    Sfimolozione

    onabolico deitesui

    t

    *..*----r"-

    i

    42

    +

    46"C

    I

    Rollentomento

    delnetubolismo (revenibih)

    i

    4 +

    100"(

    i

    Necrosi

    coogulonfe

    (inevenibile)

    1

    ',-

    146

    Iob.

    7.lV

    -

    Effettitermicidelle

    rodiozioni

    loser

    I

    EFFETTT

    DEt

    m[oRE

    SUtTESSUTI

    Ebollizione

    -

    voporizzozione

    Corbonizzozione

    enzimatiche

    e

    necrosi

    irreversibile

    dei

    tessuti

    (fo-

    tocoagulazione).

    A 100"C

    si ha

    ebollizione

    e vaporazione

    dell'ac-

    qua'

    Quando

    I'acqua

    tessutale

    evapora

    completa-

    mente, la

    temperatura

    sale

    rapidamente

    anche

    fi-

    no

    a 300oC,

    con la

    carbonizzazione

    del

    tessuto.

    tazione

    termica

    alla

    base

    dell'utilizzo

    del

    la-

    ser in

    Chirurgia; in

    questo

    ambito, il

    raggio,

    estre-

    mamente

    collimato, incide

    i

    tessuti

    come

    un bi-

    sturi, mediante

    vap otizzazione.

    La

    cauterizzazio -

    ne

    istantanea

    dei piccoli

    vasi

    evita i1

    sanguinamen-

    to, favorendo

    una cicatrizzazione

    veloce

    ed

    esteti-

    camente

    valida.

    Inoltre,

    il laser

    a questa

    densit

    di

    polenza,

    possiede

    un'azione

    batteriostatica.

    Infi-

    ne, in

    Chirurgia

    Oncologica,

    viene

    minimizzatala

    possibilit

    di

    diffusione

    delle cellule neoplastiche

    du

    rante

    gli

    interventi.

    Effetti fotomeccanici.

    -

    Linterazione

    tra

    un

    im-

    pulso

    luminoso

    ad alta

    energia

    e

    un mezzo

    fisico

    genera,

    nel mezzo

    stesso,

    la formazione

    di

    onde

    elastiche

    di

    pressione

    che

    si

    propagano

    con la me-

    desima

    direzione

    e

    verso

    dell'impulso

    che le ha ge-

    nerate.

    fintensit

    di

    queste

    onde direttamente

    proporzionale

    alla

    potenza

    di

    picco

    dell'impulso

    e

    inversamente

    proporzionale

    alla durata

    dell'im-

    pulso

    stesso.

    Quindi,

    per

    ottenere

    delle

    onde pres-

    sorie valide,

    l'impulso

    luminoso

    deve

    essere

    mol-

    to

    breve

    e di

    elevata potenza

    di

    picco.

    lltllizzando

    laser

    ad

    alta potenza,

    con impulsi

    di durata

    infe-

    riore

    al microsecondo,

    possiamo

    avere

    altri

    due ti-

    pi

    di effetti

    fotomeccanici:

    -

    Ablazione:

    il

    laser

    di

    potenza

    rompe

    i legami

    proteici

    nelle zone

    superficiali

    del tessuto

    sotto-

    posto

    ai

    raggi,

    liberando

    gli

    elettroni

    e

    le mole-

    cole ionizzate,

    che generano

    forze

    repulsive

    nel-

    le

    regioni

    aventi

    la

    stessa

    polarit.

    Il

    risultato

    fi-

    nale

    un'ablazione

    limitata

    alla

    parte

    superficia-

    le del

    tessuto.

    Affinch

    il

    fenomeno

    si

    realizzi

    necessario

    che

    il

    tessuto

    possieda

    un

    elevato

    co-

    efficiente

    di assorbimento

    e che I'impulso

    abbia

    una intensit

    di

    almeno

    i06

    Wcm2

    e

    una dura-

    ta

    inferiore

    al

    microsecondo

    (lp

    =

    1-6 s).

    -

    Frammentazione:

    questa

    azione

    si ha

    nei

    tessuti

    con

    basso

    coefficiente

    di

    assorbimento,

    se

    irra-

    diati

    con laser

    molto

    focalizzati

    di

    elevata

    inten-

    sit. Il laser

    crea

    elevati campi

    elettrici

    che

    pro-

    ducono forti ionizzazioni

    (plasma).

    L

    onda d'ur-

    to,

    associata

    allarapida

    espansione

    del

    plasma,

    proyoca

    una rottura

    nei punti

    in

    cui la

    pressio-

    ne

    superiore

    alle

    forze

    coesive

    molecolari.

    Per

    indurre

    quest'azione

    meccanica

    sui

    tessuti,

    gli

    impulsi

    devono

    avere

    un'intensit

    superiore

    a

    1010

    Wcm2

    e una

    durata inferiore

    a

    I

    ps.

    La

    maggior parte

    dei

    laser

    usati

    in Fisioterapia

    non in grado

    di causare

    effetti

    meccanici

    di

    tipo

    lesivo

    nei

    tessuti.

    I

    laser

    di

    potenza

    elevata sono

    defocalizzati quanto

    basta per

    evitare

    densit

    di

    potenza

    pericoose.

    Tuttavia,

    alcuni

    strumenti

    (la-

    ser Nd:YAG

    pulsato)

    possono

    raggiungere

    picchi

    di

    intensit

    di t03

    Wcm2;

    a

    questi

    livelli

    alcuni

    ef-

    fetti

    meccanici

    vengono

    indotti

    nei

    tessuti.

    tazio-

    ne

    non

    per

    di

    tipo

    citolesiva;

    piuttosto,

    appare

    essere

    di tipo

    stimolante,

    forse

    simile

    a

    quella

    in-

    dotta

    da

    un

    ago

    di dimensioni

    minime,

    su

    un

    tes-

    suto

    quiescente.

    EFFETTI

    TERAPEUTICI

    DEI ASER

    I laser impiegati

    in Fisioterapia

    presentano

    al-

    cune

    effetti biologici

    comuni. Tuttavia,

    gli stru-

    menti

    laser

    attualmente

    disponibili

    sono

    talmen-

    te

    diversificati

    per

    potenza

    e

    per

    tipo di

    sorgente.

    che

    risulta impossibile

    descriverli

    compiutamenre

    in

    un unico

    capitolo.

    In

    questa

    prima

    parte

    vedremo

    i principali

    ef-

    fetti terapeutici

    attribuiti

    ai

    laser,

    rimandando

    ai

    capitoli

    successivi

    la

    descrizione delle

    peculiarita

    che i vari

    strumenti

    possiedono.

    EFFETTO

    ANTI-I

    N

    FIAMMATORIO

    E

    ANTI-EDEMIGENO

    I

    laser

    sono

    in grado

    di influenzare

    i

    meccani-

    smi

    dell'infiammazione

    e

    della flogosi

    a

    vari

    livei-

    li. Innanzitutto,

    creano

    w iperemia

    attiva,

    aumen-

    tando il

    calibro

    e diminuendo

    la

    permeabitit

    di

    vasi linfatici

    e

    capillari,

    con

    un effetto

    di tipo

    "

    wash-

    out"

    sulle sostanze

    pro-infiammatorie

    (ista-

    mina, bradichinina, citochine

    e

    linfochine).

    Gra-

    zie

    alla

    vasodilatazione,

    viene incrementato

    l'ap-

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    12/19

    fq5sB

    fgp,qp6

    N

    irlgcl{A

    T

    abbia

    dura-

    essuti

    irra-

    inten-

    pro-

    d'ur-

    Per

    gli

    a

    tipo

    sono

    di

    (la-

    ef-

    in-

    tes-

    aI-

    sf-

    eil

    i,

    1988;

    Zati,1997).

    BIOSTIMOLANTE

    porto

    di

    ossigeno

    e

    di

    sostanze

    nutritizie

    ai

    tessuti

    lesi,

    elementi

    essenziali

    nei

    processi

    riparativi.

    I

    laser

    stabilizzano

    poila

    membrana-cellulare

    dei

    mastociti,

    produttori

    di

    istamina;

    infine,

    attivano

    i

    fagociti,

    che

    asportano

    le

    sostanze

    nociye

    (Barbe_

    ris,

    1996;

    Honmura,

    1992;

    Sato,1994).

    EFFETTO

    ANTALGICO

    Secondo

    le

    teorie

    pi

    accreditate,

    l,azione

    anti_

    dolorifica

    dei

    laser

    si

    sviluppa

    attraverso

    diversi

    meccanismi.

    Innanzitutto,

    a livello

    superficiale,

    il laser

    indu_

    ce

    un

    blocco

    del

    potenziale

    d,azione

    nelle

    termina_

    zio

    ni

    no

    cicettiv

    e,

    attr

    av

    e r

    s

    o

    m

    o

    dif

    c a zi

    o n

    j

    d

    ell

    a

    p

    r

    me

    ab

    ilit

    delle

    membrane

    ass

    oniche

    (B

    elkin,

    1994;

    Jimbo,

    1998).

    _

    lnoltre,

    l'iperemia

    attiva

    indotta

    dal

    calore

    e

    dal_

    le reazioni fotochimiche, promuove

    il

    drenaggio

    dplle

    sostanze

    algogene,

    eliminando

    a

    monte

    le

    curse

    della

    sensazione

    dolorifica.

    I laser

    pul_sa,ti,

    specie

    a

    bassa

    frequenza,

    agisco_

    m

    sulla

    modulazione

    del

    dolore,

    ineragendo

    con

    b fibre

    mieliniche

    di

    grosso

    calibro,

    iri

    base

    alla

    mria

    del

    Gate

    Control,

    gi

    descritta

    nei

    preceden_

    Icapitoli.

    Infins,

    i

    laser

    incrementano

    la

    produzione

    di

    so_

    morfino

    -

    mimetiche

    (endorfine

    ed

    encefali_

    I

    che

    hanno

    attivit

    analgesica

    (Walker,

    1983;

    rti

    L.,

    1988;

    Mezawa,lggg;

    Tsukia,1994;pon_

    ser.

    Queste

    indicazioni

    sono

    valide

    per

    runi

    i

    la,er

    utilizzati

    in

    Fisioterapia:

    -

    radere

    accuratamente

    la

    zona

    da

    trattare.I

    pell

    infatti

    sono

    ostacoli

    non

    da poco

    per

    la

    dilfu-

    sione

    della

    radiazione:

    se

    di

    colore

    scuro

    tendo_

    no

    ad

    assorbire

    i

    fotoni;

    se

    lucenti

    favoriscono

    la riflessione;

    talvolta,

    nell,uso

    di

    alte

    potenze

    la

    peluria

    tende

    a surriscaldarsi

    con

    iischio

    di

    combustione;

    -

    pulire

    accuratamente

    la

    cute

    da

    trattare

    con

    so_

    stanze

    sgrassanti;

    anche

    l,alcol

    un

    ottimo

    de_

    tergente;

    bisogna

    per

    ricordare

    di

    risciacquare

    accuratamente

    la

    zona

    pulita

    con

    alcol,

    per

    eli_

    -i ?F

    completamente

    questa

    sostanza

    infiam_

    mabile;

    -

    durante

    l'uso

    del

    manipolo

    a

    scansione,bisogna

    avere

    cura

    di

    mantenere

    lo

    strumento

    perpen_

    dicolare

    alla regione oggetto del

    trattamento;

    un'inclinazione

    pir

    o

    .rro

    accentuata

    defor_

    ma

    Io

    spot

    alterando

    la

    densit

    d'energia

    e,

    so_

    prattutto,

    aumenta

    la

    riflessione

    dei

    foioni;

    -

    l'uso

    di

    scanner

    automaticiporta

    inevitabilmen_

    te

    a

    un'erogazione

    meno

    perpendicolare

    agli

    estremi

    del

    campo

    di

    azione

    del

    laser;

    neces_

    sario

    dunque

    aumentare

    il

    dosaggio

    di

    almeno

    1120o/o

    rispetto

    alla

    scansion.

    -uri.rul"

    (vedi

    la_

    ser

    a

    COr);

    -

    rispettare

    le

    distanze

    indicate

    nei

    manuali

    dei

    va_

    ri

    apparecchi

    laser;

    lo

    spot

    deve

    essere

    della

    di_

    mensione prevista

    dal

    costruttore:

    -

    in

    presenza

    di

    ftogosi

    la

    dose

    del

    trattamento

    de_

    ve

    essere

    valutato

    ripetutamente,

    in

    quanto

    la

    progressiva

    riduzione

    della

    flogosi

    nel

    corso

    del_

    le

    sedute

    pu

    richiedere

    un

    id"glru-".rto

    dei

    parametri;

    -

    durante

    il

    trattamento

    di

    ulcere

    cutaneericorda_

    re

    di

    non

    toccare

    con

    il

    manipolo

    l,ulcera

    per

    non

    favorire

    le

    infezioni;

    infati,la

    radiazione

    infrarossa

    dei

    laser

    biostimolart",

    ,,or,

    ,t".i_

    hzzante:

    -

    non

    utilizzare

    matite

    colorate o nere

    come..mar_

    kers"

    delle

    zone

    da

    trattare;

    I'assorbimento

    del

    laser

    diviene

    maggiore

    nelle

    zone

    scure

    e il

    trat_

    tamento

    non

    gestibile

    in

    maniera

    corretta

    e

    si_

    cura.

    tr

    hser

    incrementano

    la

    produzione

    di

    ATp

    a

    oar_

    .^ell'aOp,

    processo

    che

    favorisce

    i

    processi

    ener_

    ici

    cgllulan.

    forganulo

    cellulareln

    cui

    questi

    rsi

    si

    realizzano

    appare

    essere

    il

    mito.ondrio,

    E

    se

    non

    stato

    ancora

    identificato

    il

    mediato_

    :

    interviene

    tra

    I'azione

    dei

    fotoni

    e l,attivazio_

    i processi

    biochimici.

    Dai

    numerosi

    studi

    spe_

    u-eln

    vltro,

    emerge

    comunque

    con

    chiarez_

    la

    luce-laser

    sia

    in

    grado

    dip.o-oorr"r.

    L

    eione

    cellulare ela

    sintesi

    di

    RNA

    e

    Droteine

    pg1"

    di

    collagene),

    facilitando

    i processi

    ri_

    ini

    (Smolianova,

    1990;

    Manteifel'v,

    2004\.

    -,*y."

    dubbio

    l'aspetto

    della

    laserterapa

    rile

    del

    maggiore

    sviluppo.

    GENERALI

    DI

    TRATTAMENTO

    CONTROINDICAZIONI

    locchio

    I'organo

    maggiormente

    a rischio

    rlu_

    fff::l,t|#::Tl,H:^::jl":il

    lroce 1ra

    rante

    la

    laserterapia.

    per

    quesro

    mori\o

    assotu_

    li

    effetti

    desiderati

    da

    una

    terapia

    la-

    ,"-";;

    ;;r-r#;#;:

    11ffi:i::.iJ.:l:

    147

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    13/19

    7

    TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr TrcNoLocle

    ru

    MrorcrNn

    RAHLmrrvl

    protettivi

    che

    filtrano

    la luce

    in

    maniera

    adeguata

    alla lunghezza

    d'onda

    della

    sorgente

    laser.

    Gli

    oc-

    chiali

    devono

    essere

    portati

    sia

    dall'operatore

    che

    dal paziente.

    La

    cute ha

    un rischio

    di lesione

    inferiore

    all'oc-

    chio;

    gli

    organi

    interni

    ben

    difficilmente

    subisco-

    no

    danni

    (possibili

    solo per

    i

    laser

    ad alta

    poten-

    za).

    Vi

    sono

    controindicazioni

    alla laserterapia

    as-

    solute

    e

    relative.

    CONTROINDICMIONI

    ASSOLUTE

    controindicata

    in

    maniera

    assoluta

    l'irradia-

    zione

    dil.

    -

    zone

    nell'immediata

    prossimit,

    de17'occhio,

    spe-

    cie per

    i

    laser

    ad

    elevata

    potenza

    e

    penetranza;

    -

    zoe

    a

    diatesi

    emorragica;

    -

    zone

    in prossimit

    dell'utero

    in

    pazienti

    gravide;

    -

    pazienti

    neoplastici

    a

    meno

    che

    non

    vi

    siano

    precise

    indicazioni

    (terapia

    fotodinamica,

    PDT).

    CONTROI

    NDICAZION I

    RELATIVE

    Le

    controindicazioni

    relative

    sono

    I'irradiazio-

    ne

    di:

    -

    area

    cardiaca

    e glomi

    carotidei

    in

    pazienti

    car-

    diopatici;

    -

    cute con

    flogosi

    infettiva

    o

    con

    allergia

    in

    atto;

    -

    s

    o

    ggetti

    particolarm

    enfe

    s ensib

    ili

    alla r adiazio

    -

    ne

    IR

    (pazienti

    con pelle

    molto

    scura).

    CIASSI DI RISCHIO

    Secondo

    la Normativa

    Europea

    (2003)

    le appa-

    recchiature

    laser

    sono

    classificate

    in

    4 classi

    di ri-

    schio,

    in relazione

    ai

    potenziali

    pericoli

    dell'espo-

    sizione

    cutanea

    e oculare, quest'ultima

    in

    assenza

    di protezione

    adeguata

    (Tab.

    7.V).

    LASER

    UTILITZAT'

    A

    SCOPO

    TERAPEUTICO

    Il diffondersi

    dell'alta

    tecnologia

    ha

    enorme-

    mente

    arricchito

    la

    variet

    dei

    laser

    utilizzabili

    a

    scopo

    terapeutico,

    in particolare,

    ampliando

    le

    ap-

    plicazioni

    di

    alcuni

    strumenti

    che

    si ritenevano

    di

    esclusiva pertinenza

    della

    Chirurgia

    o

    della speri-

    mentazione

    pii

    avanzata.

    I

    laser

    utilizzati

    in

    Fisio-

    terapia

    possono

    essere

    distinti

    in base

    alla poten-

    za

    o

    alla sorgente.

    I

    laser

    medicali

    con

    potenza

    di

    uscita inferiore

    a I

    Wlcm2

    sono

    stati

    definiti

    di

    bassa

    potenza;

    conseguentemente,

    i

    laser

    eroganti

    valori

    superio-

    ri

    a

    I

    Wlcm2

    sono

    stati

    definiti

    di

    porenza.

    In riferimento

    alla

    sorgente,

    i

    laser

    pi

    diffusi in

    campo

    fisioterapico

    sono

    i

    laser

    a

    semicondutto-

    ri,

    a elio-neon,

    ad

    anidiride

    carbonica

    e neodimio-

    YAG.

    Descriveremo

    di

    seguito

    le propriet

    e le

    appli-

    cazioni

    di

    questi

    quattro

    tipi

    di

    laser.

    148

    Tob.

    7.V

    -

    Clossi

    di rischio dei

    loser secondo

    l'ANSl.

    CI.ASSI

    DI

    RISCHIO

    PTR

    GtI APPAREC(HI

    LASER

    dosse

    I

    Loser

    che sono

    sicuri nelle

    condizioni di funzie

    n0mento

    rogionevolmene prevedibili. compre-

    so l'impiego

    di strumenli

    oltici

    per

    visione

    di-

    refi0.

    (osse

    I M

    Loser con

    l"

    =

    302,5

    +

    4000

    nm dn

    posse

    n0

    essere

    pericolosi

    se

    l'utilizzotore

    impiego

    ottkhe

    oll'interno

    del foscio.

    Closse

    2

    Loser

    con l"

    =

    400 +

    /00 nm

    in cui lo

    oro-

    lezione

    dell'occhio

    ossicuroo

    dol riflesso

    pol-

    pebrole.

    Eventuoli

    olre

    emissioni

    diverse

    do

    i,

    =

    400

    +

    /00

    nm devono

    essere

    inferiori

    ol

    LEA

    (lrmif

    d'Emissione

    Accessir/e)

    dello

    closse l.

    dosse 2

    IUI

    Loser

    come sqpf0

    in.(ui l,txscrvoziom

    dell'emis-

    sione,pu

    esser

    pricoloso

    s

    f'ulilizzofore

    irn

    piego

    ofiche

    oll'interno

    del foscio.

    Eveltuoli

    of

    fe

    emissioni

    diverse

    do

    ,

    =

    400 + 700

    nm

    devono

    q$ere

    infer.iror

    ol IEA&llo

    dase

    I .

    dosse

    3

    R

    Loser

    con

    l"

    =

    302,5

    + l0

    nm.

    in cui lo vi.

    sione

    diretto

    pericoloso;

    il limie

    d'emissione

    compreso

    entro

    5

    volte

    il LEA

    dello close

    2

    per

    ,

    =

    400 + 700

    nm e

    enfo

    cinque

    volte

    il,LEA

    dello

    closse

    per

    le

    olre

    lunghezze

    0

    0n00_

    Closse

    3 B

    loser che

    iono normolmenle

    perkolosi

    in

    roso

    di visione

    diretto del fascio.

    Le riflessioni

    diffu

    se sono

    normolme*te

    sicure.

    Oosse

    4

    Loser che

    sono in

    grodo

    di

    produrre

    riflesioni

    diffuse

    pericolose; p0ss0no

    c0usore

    Iesioni

    ogli

    oahi ed

    ollo

    pelle

    e costiuire

    pericolo

    di

    incen-

    dio.

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    14/19

    i

    i

    l

    di-

    do

    m-

    ol-

    I laser

    a

    diodo

    o,

    per

    meglio

    dire,

    a

    semicondut-

    tori,

    sono con

    ogni

    probabilit

    i laser

    biomedica-

    li

    attualmente

    pi

    utilizzati in Fisioterapia.

    Il

    suc-

    cesso

    dei laser

    a

    semiconduttori

    dovuto

    a una

    serie

    di motivi:

    essi

    sono

    di

    costruzione

    relativa-

    mente

    facile;

    le

    loro

    dimensioni

    sono

    contenute;

    la manutenzione

    e i

    costi

    di esercizio

    sono

    limi-

    tati.

    La grande

    diffusione

    di

    questi

    laser

    anche

    legata

    alla

    particolare

    lunghezza

    d'onda,

    che

    li

    rende

    i

    pi

    duttili

    strumenti

    terapeutici

    della

    ca-

    tegoria.

    GENERATORI

    DI

    IASER

    DIODICI

    Le

    radiazioni

    dei laser

    a

    semiconduttori

    hanno

    una

    lunghezza

    d'onda

    compresa

    tra 650

    e 980 nm.

    Il

    pir

    noto

    e

    datato tra

    i

    diodici

    il

    laser ad

    ar-

    seniuro di gallio

    (Ga-As)

    che emette

    una radiazio-

    ne

    con funghezza

    d'onda

    di

    904 nm. I

    primi

    laser

    a

    diodi

    lavoravano

    attorno

    a

    questa

    l:unghezza

    d'onda

    e

    per

    le loro

    caratteristiche

    costruttive

    fun-

    zionavano

    solamente

    a

    impulsi,

    con

    un tempo

    at-

    tivo dell'ordine dei

    100-200

    nanosecondi; oggi

    so-

    no

    disponibili anche

    diodi

    a

    emissione

    continua,

    o continua interrotta.

    Laser

    a

    semiconduttori pir recenti

    rrengono

    drogati

    con

    alluminio

    o

    indio o con

    altri

    elemen-

    ti,

    per

    migliorarne

    le

    caratteristiche

    di emissione.

    Particolarmente

    diffusi

    sono

    quelli

    con

    sorgente

    di

    gallio,

    arsenico

    e alluminio

    (Ga-As-Al).

    Il

    dispositivo

    che produce queste

    radiazioni

    detto diodo

    e

    ttilizza

    il

    sistema

    a

    giunzione

    P-N.

    GIUNZIONE

    P-N

    Con questo

    termine

    si

    intende un cristallo

    for-

    mato

    dall'unione

    di

    due materiali

    semicondutto-

    ri

    "drogati"

    diversamente:

    I'uno

    con

    eccesso di

    la-

    cune

    (P)

    e

    I'altro

    con

    eccesso

    di elettroni

    (N).

    Tra

    i

    due

    materiali

    a

    contatto si genera

    spon-

    taneamente

    un

    campo elettrico,

    cio

    una migra-

    zione

    di elettroni

    con

    una direzione preferenzia-

    le.

    Se

    alla giunzione

    viene

    applicata una

    differen-

    za

    di

    potenziale

    di

    intensit

    adeguata,

    la ricom-

    binazione

    di

    cariche

    produce

    I'inversione

    della

    (ASEMHITSHSIJ

    @

    popolazione

    elettronica

    con emissione

    stimolata

    di fotoni.

    Il cristallo

    che

    compone

    la

    giunzione

    P-\

    r'ie-

    ne

    sagomato

    in

    modo

    da fungere

    esso

    stesso

    da

    cavit

    ottica; infatti,

    tagliando

    il

    cristallo

    lungo

    due

    piani

    di sfaldamento

    in

    modo

    da

    ottenere

    due fc-

    cette perfettamente

    lisce,

    si

    ottengono

    due

    specchi

    naturali,

    tali da riflettere

    e

    amplificar

    e la radiazio-

    ne

    luminosa

    (Fig.7.9).

    Attualmente,

    sono

    disponibili

    reticoli

    ottico-

    elettronici

    che

    riflettono

    perfettamente

    i

    raggi

    pro-

    dotti

    dalle

    giunzioni

    P-N

    senza

    dover

    ricorrere

    al

    difficile

    taglio

    a

    "specchio"

    dei

    cristalli;

    questi

    la-

    ser

    sono

    chiamati

    DFP

    (Dktributed

    Feed

    Back).La

    tecnologia

    descritta

    in

    grande

    evoluzione;

    gi

    si

    parla

    di

    giunzioni

    ancora

    pi

    efficienti,

    del

    tipo

    P

    +

    PN,

    ecc.

    Lapotenza

    dellaradiazione

    emessa

    da

    un

    singo-

    lo

    diodo va

    da

    poche

    decine di milliwatt

    ad alcuni

    watt.

    possibile

    associare

    diversi

    diodi di

    bassa

    po-

    tenza

    (25

    mW,

    50

    mW)

    sullo stesso

    strumento

    erogatore,

    ottenendo cos potenze

    di

    tutto

    rispet-

    to;

    esistono

    apparecchiature con

    5,6,

    10

    sorgenti.

    La disponibilit

    di diodi

    che emettono lunghez-

    ze

    d'onda

    differenti,

    rende possibile

    combinare

    nello stesso

    strumento erogatore

    radiazioni

    aven-

    ti

    target

    biologici

    differenziati,

    consentendo

    azio-

    ni

    terapeutiche

    complesse.

    Un'altra particolarit

    dei laser

    diodici

    di

    pir

    re-

    cente

    realizzazione

    quella

    di avere

    una frequen-

    za

    di emissione

    modulabile

    in

    base al

    segnale

    del-

    la

    corrente

    di

    alimentazione.

    I diodi

    a

    emissione

    2

    contalto metallico

    +

    tig.

    7.9

    -

    Schemo

    della

    giunzione

    N

    di

    due ser'::-:--:,-

    149

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    15/19

    Z

    TERAPIA

    FISICA

    -

    Nuovr

    Trcuorocrr

    tN MrorcrNn

    RAarlrrnnvl

    Tob.

    7.Vl

    -

    Corofterisfiche dei

    oi comuni loser o semiconduttore.

    TASTR DIODICI

    lunghezzo d'ondo

    50

    +

    980

    nm

    (rosso

    e vkino infrorosso.

    NIR)

    Iipo

    di

    emissione

    Conlinuo

    (CW),

    conilnuo

    infenolo

    (CW

    l),

    pulsoto

    (PW)

    Frequenzo di emissione

    lHz+lGHz

    Numero di dlodi

    l+

    l0

    Potenzo di

    pitto

    l0

    W;250

    W

    *111-:'.g_

    Duroto

    degli impulsi

    l0mW+5W

    50 ns

    +

    200

    ns

    (PW)

    Dipendene

    dollo frequenzo

    per

    lo

    CW I

    comunque > 200

    ps

    Modolit

    di

    opplirozione

    Monipolo

    per

    folomeno

    o punti;

    erogotore

    multidiodico

    o

    punomeno

    fisso;

    sislemo di

    trottomenlo

    o distanzo

    (sconsione)

    continua

    possono

    essere alimentati in modo

    tale

    da

    divenire

    pulsati,

    con frequenze

    variabili

    da

    qualche

    unit

    fino

    ad alcune migliaia

    diHz

    (kHz).

    I

    diodi a

    emissione gi pulsata

    alla sorgente pos-

    sono raggiungere

    frequenze

    ancora

    maggiori,

    del-

    I'ordine

    dei GHz.

    Forniamo

    una tabella

    indicativa

    dei

    parametri

    che

    caratterizzano i

    pi

    comuni

    laser

    diodici uti-

    lizzati

    in

    terapia

    (Tab.

    7.VI).

    EFFETTI BIOLOGICI DEI

    IASER DIODICI

    Ilazione

    dei

    laser

    diodici

    soprattutto di tipo

    fotochimica; infatti,

    data

    I'intensit medio-bassa,

    tipica della maggior

    parte

    di

    questi

    strumenti,la

    quota

    calorica

    che

    questa

    radiazione

    apporta ai

    tessuti

    assai

    modesta.

    Come abbiamo visto, I'intervallo

    di

    lunghezza

    d'onda

    che caratterizza

    ilaser

    a

    semiconduttori

    650

    +

    980

    nm,

    appartenente al

    rosso

    e

    al

    vicino

    infrarosso.

    Tale

    range

    si colloca

    alf

    interno

    della

    cosiddetta

    "finestra

    terapeutica"

    (600

    +

    1200

    nm)

    oye

    I'assorbimento

    da

    parte

    dei

    cromofori

    endo-

    geni

    limitato.

    Alcuni

    cromofori

    sono tuttavia

    in

    grado

    di in-

    teragire debolmente con

    queste

    radiazioni: i

    pi

    noti

    sono la melanina e l'emoglobina; inoltre,

    la

    deossiemoglobina

    pi

    captante della ossiemo-

    globina

    (Fig.

    7.10).

    In maniera

    analoga

    si compor-

    tano le sostanze con caratteristiche colorimetriche

    tendenti

    al rosso

    scuro

    e

    al

    nero.

    0.001

    E

    o

    :

    6

    '

    .E

    o

    o

    c

    .e

    F

    o

    0

    Fig. 7.10

    -

    Loser

    diodki: spettro di ossorbimento

    dello deosiemoglobino

    (Hb)

    e

    dell'osiemoglobino

    (Hb0,)

    IJacqua

    non

    rappresenta

    un cromoforo

    per

    i

    la-

    ser

    diodici.

    La

    scarsa

    interazione

    con

    la maggior parte

    dei

    cromofori endogeni fa si che i fotoni

    emessi dai la-

    ser

    a semiconduttori penetrino

    in profondit

    nei

    tessuti. Si

    ritiene teoricamente

    accettabile

    una

    pe-

    netrazione

    di

    3-4 cm, oltre la quale la

    radazione

    viene

    totalmente

    assorbita.

    Mano a mano

    che

    laradiazione

    penetra nel

    tes-

    suto,

    perde

    d'intensit, secondo

    un

    andamento

    esponenziale

    (legge

    di

    Lambert-Beer). Pertanto,

    se

    l'intensit

    del

    raggio incidente

    bassa,

    come

    av-

    viene

    nella maggior parte

    dei laser

    diodici

    medi-

    cali,

    l'azione

    biostimolante diretta dei tessuti

    li-

    mitata agli strati superficiali. Tuttavia, un effetto

    indiretto

    pi profondo

    possibile,

    sia

    in

    conse-

    gluenza

    dello

    scattering della

    radiazione,

    sia

    per la

    diffusione dei

    mediatori

    chimici

    dagli

    strati

    supe-

    riori

    verso quelli inferiori.

    Il

    target

    di

    questi laser

    sembra dunque

    essere

    rappresentato

    dalle

    strutture

    biologiche

    collocate

    da 0,5 a 3 cm di

    profondit.

    Il muscolo,

    i tendini

    e le

    giunzioni

    muscolo-tendinee

    ne

    sono un

    tipi-

    co

    esempio.

    MODALITA

    E

    PAR,AA/IETRI

    DI

    TR,ATTAAAENTO

    POTENZA

    Nei

    laser

    di

    bassa

    potenza generalmente

    la

    po-

    tenza un

    parametro

    fisso,

    pari

    al massimo

    valo-

    re

    esprimibile.

    I laser

    multidiodici

    che raggiungo-

    no

    o

    superano

    I

    W di

    potenza

    media

    (Pm)

    han-

    no la possibilit

    di

    regolare la potenza; per

    esem-

    pio, alcuni

    dispositivi permettono

    di variare

    la

    po-

    ,

    _li9_

  • 7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf

    16/19

    Lnsrn

    Trnapn

    rN

    MrortNrA

    7

    I

    nm

    tenza

    di

    emissione

    scegliendo

    tra

    due

    valori:

    50olo

    o

    l00o/o.

    FREQUENZA

    Iafrequenzaindica

    il

    nrxnero

    di impulsi

    al

    secon_

    do

    e pu

    variare

    da}Hz(emissione

    cntinua,

    CW)

    a

    valori

    teoricamente

    molto

    elevati,

    dell,ordine

    dei

    GHz.

    Nella

    pratica

    terapeutica,

    si

    considera

    elevata

    una

    fiequenza

    dell'ordine

    dei

    5000

    +

    10.000

    Hz.

    Se il

    laser

    ha

    una

    potenza

    media

    inferiore

    a

    25

    mW

    si

    consiglia

    diutjlizzarlo

    sempre

    in

    emis_

    sione

    continua,

    perche

    in

    modalit

    pulsata

    l,ener_

    gia

    erogata

    sarebbe

    troppo

    esigua

    in

    un

    tempo

    di

    trattamento

    ragionevole.

    Se la

    modalit

    continua

    non

    possibile,

    come

    nel

    caso

    del

    laser

    Ga_Al

    di

    904

    nm,

    conviene

    selezionare

    la

    frequenza

    pir)

    elevata

    possibile;

    in

    ogni

    caso,

    si

    sconsiglia

    di

    ti_

    lizzare

    frequenze

    inferiori

    a

    100

    Hz.

    In

    relazione

    poi

    agli

    effetti

    delle

    varie

    freauen_

    19

    sulle

    diverse

    patologie,

    alcuni

    autori

    (Lngo,

    1986;

    Tasca,

    1997)

    hanno

    osservato

    quanto

    segue:

    -

    le

    frequenze