CHUYÊN ĐỀ 4 -LASER ppt

CHUYÊN ĐỀ 4:
QUANG HỌC
4.5. LASER TRONG Y HỌC
4.5.1. LASER LÀ GÌ?
4.5.2. TÁC DỤNG SINH HỌC
CỦA BỨC XẠ LASER
4.5.3. ỨNG DỤNG TRONG Y
HỌC
4.5.4. AN TOÀN LASER

4.5.1. Laser là gì?
Laser là viết tắc của cụm từ tiếng Anh
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
có nghĩa: Sự khuếch đại ánh sáng nhờ phát xạ cưỡng bức
→ Cần biết:
* Phát xạ cưỡng bức
* Khuếch đại ánh sáng

4.5.1.1. Phát xạ tự phát và phát xạ cưỡng bức:
•
Nguyên tử luận:
Hy Lạp, thế kỉ 5 BC
Democritus: thế giới gồm 2 phần:
nguyên tử
khoảng không (void)
(Plato: đất, không khí, nước, lửa)
Ấn Độ, thế kỉ 6 BC

•
Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford:

Điện tử quay quanh nhân như
các hành tinh quay quanh mặt trời
Sai: vì điện tử sẽ phát xạ, mất năng lượng
và rơi dần vào nhân
Rutherford (1871-1937)
Ý nghĩa biểu tượng!

•
Mô hình Bohr:
Các tiên đề Bohr:
Tiên đề về các trạng thái dừng
Tiên đề về chuyển các trạng thái dừng
→ hấp thụ và phát xạ (tự phát)

Phát xạ cưỡng bức:

4.5.1.2. Khuếch đại ánh sáng:
•
Hấp thụ ánh sáng:
I
d
= I
0
exp(-μd)
Luôn có: I
d
< I
0

•

Khuếch đại ánh sáng? I
d
> I
0

Cường độ ánh sáng I ~ số photon

Phát xạ cưỡng bức: hấp thụ hay khuếch đại ánh sáng?
→ Sự khuếch đại ánh sáng xảy ra đờng thời với PXCB !
Photon tới xuất hiện từ đâu?

4.5.1.3. Sơ đồ khối của thiết bị laser:
•
Hoạt môi: nơi xẩy ra PXCB (rắn, khí, lỏng, plasma)
•
Buồng cộng hưởng: để khuếch đại ánh sáng (2 gương song
song
•
Nguồn bơm: cung cấp năng lượng

Thiết bị laser thực tế:
•
Laser He-Ne (laser khí)
•
Laser diode (bán dẫn)
•
Laser chất màu (lỏng)
•
Laser plasma

LASER ĐẦU TIÊN:
•
Laser ruby (nhân tạo): Maimann

4.5.1.4. Đặc tính của bức xạ laser:
•
Độ trực chuẩn (song song) cao:
Góc mở chùm laser γ ~ vài giây góc
→Dễ dàng tụ tia vào một điểm nhờ
một thấu kính hội tụ
→ Mật độ công suất đủ lớn để gây hiệu ứng mong muốn

•
Độ đơn sắc cao:
∆λ = λ
max
– λ
min
~ 0.01 Å (hàng trăm lần nhỏ hơn kính lọc)

Ý nghĩa?
Tác động chọn lọc lên
các phân tử sinh học

•
Độ chói phổ cao:
ĐCP = công suất phát / độ đơn sắc ↑↑↑
(số photon tại bước sóng chọn rất lớn, đủ để gây hiệu ứng
mong muốn)
•

Tính kết hợp (coherence) cao:
Các photon dao động đồng pha → cộng tác dụng

Vũ khí ngoại khoa của Mỹ !!!
Cruise missile

4.5.2. Hiệu ứng sinh học và phân loại laser y tế:
4.5.2.1. Kích thích sinh học:
•
Lịch sử: Mester (1965) chiếu laser ruby công suất thấp lên tế
bào nuôi và thấy sinh khối tăng.
→ hiệu ứng kích thích sinh học

•
Bản chất: E
quang
→ E
hóa
(hiệu ứng quang - hóa)
•
Điều kiện: mật độ công suất nhỏ
(mW/cm
2
)
•
Công suất laser; nhỏ (mW)
•
Tên gọi: laser công suất
(cường độ, mức độ…) thấp;
laser phi nhiệt; laser mềm.

•
Laser điển hình:
He-Ne, diode…

•
Ứng dụng trong y tế:
Chẩn đoán: các phương pháp
phổ kế laser
Điều trị:
VLTL-PHCN
PDT (PhotoDynamic
Therapy: Chẩn đoán và
điều trị ung thư chọn lọc)

Chất nhạy sáng + nguồn sáng kích thích (laser)
→ tạo oxy singlet từ oxy phân tử → diệt tế bào
Ưu: chọn lọc
Nhược: chỉ sâu 1 cm

4.5.2.2. Các hiệu ứng nhiệt:
•
Bản chất: E
quang
(lớn) → E
nhiệt
(hiệu ứng quang - nhiệt)
•
Công suất: lớn (tới hàng chục W)
a) Hiệu ứng quang đông:
•

Nhiệt không quá lớn:
60
0
C < T < 100
0
C: đông vón tổ chức
•
Tên gọi: laser công suất cao,
laser nhiệt, mỏ hàn laser
Laser argon

•
Laser điển hình: Nd:YAG, Argon. CO
2
,…
•
Ứng dụng:
Hàn mô
Diệt tổ chức

b) Hiệu ứng bay hơi tổ chức:
•
Nhiệt lớn, T > 300
0
C: bay hơi tổ chức
•
Tên gọi: laser công suất cao,
laser nhiệt, dao mổ laser
•
Laser điển hình: CO

2
•
Ứng dụng: phẫu thuật
Ít chảy máu
Vô khuẩn

4.5.2.3. Hiệu ứng quang - cơ:
•
Bản chất: E
quang
(lớn, xung cực nhanh cỡ ns ) → E
cơ
của
sóng xung kích (shock wave) → vi nổ → bóc lớp tổ chức
(cực mỏng, 10 μm)
•
Laser điển hình:
Nd:YAG xung, Excimer…

•
Ứng dụng:
Nhãn khoa
Phá sỏi qua nội soi