CAMPO ELETTRICO

CAMPO MAGNETICO

DIREZIONE DI PROPAGAZIONE

Onde elettromagnetiche

Emissione di onde elettromagnetiche

Molte lunghezze d’onda e colori; le onde viaggiano disordinatamente e non sono in fase

Emissione stimolata

• Quando i fotoni raggiungono una certa intensità essi riescono ad uscire dallo specchio semiriflettente in un unico raggio monocromatico ed in fase (emissione stimolata di atomi tutti eguali e perfettamente in direzione rettilinea )

Emissione spontanea

Avviene quando l’elettrone eccitato ha eccessiva energia e un fotone o quanto di energia viene rilasciato.L’atomo ritorna nel suo stato stabile con gli elettorni circolanti attorno al suo nucleo

EMISSIONE SPONTANEA

e¯

+P1P1

e¯

+

e¯

+

P1P1

e¯

+P1P1

e¯

+

e¯

+

P2P2

P2P2

EMISSIONE STIMOLATA

I lampi luminosi di luce policromatica ed incoerente prodotti dalla lampada flash che circonda il rubino eccitano gli atomi di cromo che spostano i loro elettroni dell’ultima orbita in una posizione più esterna,cui corrisponde una maggiore energia.Normalmente questi elettroni restituiscono l’energia ricevuta sotto forma di fotoni tutti con la stessa energia luminosa (stesso colore),ma diretti in ogni direzione. QUESTA E’ L’EMISSIONE FOTONICA DI TIPO NATURALE.

EMISSIONE STIMOLATA

Quando i fotoni di luce monocromatica vengono generati si vengono a trovare intrappolati in una struttura risonante costituta dai due specchi paralleli di cui uno è riflettente ed uno semiriflettente,che li costringono ad andare avanti ed indietro molte volte in linea retta.Questi fotoni passando vicino agli atomi eccitati producono l’emissione di altri fotoni che sono della stessa frequenza e fase,costretti ad oscillare fra i due specchi,che costituisce una cavità risonante ottica.

• ENERGIA• Si misura in Joules (J)

• Il flusso di energia e’ la quantità di energia prodotta sulla superficie per cm 2 (J/cm2)

• POTENZA• Rappresenta l’intensità alla quale l’energia viene prodotta

• Si misura in Watt (W)

• La densità è la potenza applicata sulla superficie (W/cm2)

DENSITA’ DI POTENZA

Potenza (Watt)

Area ( cm2 )=

T(Sec.)DENSITA’ DI

ENERGIA = XPotenza ( Watt )

Area ( cm2 )

VENTRE

CRESTA

AMPIEZZA

LUNGHEZZA D’ONDA

LunghezzaLunghezza

Am

pie

zza

Am

pie

zza

FrequenzaFrequenza

Lunghezza d’onda Corta*Alta Frequenza

Lunghezza d’onda lunga*Bassa Frequenza

LUNGHEZZA D’ONDA E FREQUENZA DI ONDE A CONFRONTO

PRIMO LASER REALIZZATO NEL 1960 DA UN RICERCATORE

AMERICANO T. N. MAIMAN

E’ la continuazione nel campo ottico del MASER, amplificatore a microonde funzionante all’elio liquido.

COMPONENTI DEL LASER

mezzo attivo

Specchio riflettente Specchio semiriflettente

Cavita’ ottica Risonante

Sorgente di energia esterna

I primi laser sperimentali utilizzavano come materia prima un rubino posto fra due specchi paralleli e circondato da un tubo di vetro

contenente gas che veniva sottoposto a scariche luminose di tipo impulsivo.

La luce bianca come quella solare è costituita da tutti i colori dell’iride

Il raggio laser è monocromatico,ha un solo colore cioè una sola frequenza

LUCE BIANCALUCE BIANCA LASERLASER

COERENTECOERENTE

AMPIO SPETTROAMPIO SPETTRO

NON-COLLIMATANON-COLLIMATA

NON COERENTENON COERENTE

MONOCROMATICAMONOCROMATICA

COLLIMATACOLLIMATA

• Il raggio laser può essere emesso in modo continuo senza alcuna interruzione

CONTINUOCONTINUO

TEMPOTEMPO

PO

TE

NZ

A

PO

TE

NZ

A

il raggio laser è costituito da impulsi che si ripetono nel tempo con una determinata frequenza.

PULSATO

TEMPO

PO

TE

NZ

A

I LASER possono essere differenziati in base

alle modalità di emissione della radiazione.

CONTINUO

PULSATO

TEMPO

PO

TE

NZ

AP

OT

EN

ZA

TEMPO

ArF 193 nm 10 - 20 ns

XeCl 308 nm 20 - 300 ns

XeF 351 nm 10 - 20 ns

Dye Laser 450 - 900 nm continuo o pulsato

Argon 488 - 514 nm continuo

Krypton 531 - 568 - 647 nm continuo

Free electron laser 800 – 6000 nm 2 - 10 ps

He-Ne 633 nm continuo

Diodo laser 670 – 900 nm continuo o pulsato

Rubino 694 nm 1 - 250 μs

Alexandrite 720 – 800 nm 50 ns - 100 μs

Nd:YFL 1053 nm 30 - 100 ps

Nd:YAG 1064 nm 30 - 100 ps

Nd:YAP 1364 nm 100- 250 μs

Ho:YAG 2110 nm 100- 250 μs

Er:YSGG 2780 nm 100- 250 μs

Er:YAG 2940 nm 100- 250 μs

CO2 9600 - 10600 nm continuo o pulsato

Principio attivo Lunghezza d’onda Modalità emissione

RAGGI X MICRONDEONDE RADIO

Excimer Argon

KTPDiodoRuby

Alexandrite

Nd:YAG

Er:YAG

CO2

190

- 39

0

488

- 51

4

532

577-

630

755

694

1064

2940

1060

0

UVVISIBILE

INFRARROSSI

400 700

980

SPETTRO ELETTROMAGNETICO

1 W

3 W

5 W

100 s150 s

Seconda parte del corso :

INTERAZIONE LASER CON I

TESSUTI

INTERAZIONE LASER-TESSUTI

i parametri fisici utilizzati con la materia vivente non sono dissimili da quelli in uso nelle ricerche riguardanti l’interazione delle onde elettromagnetiche con la materia anche non vivente;

non é possibile individuare per ciascun laser e per ciascun tessuto un effetto singolo ma si determina sempre un effetto prevalente ed effetti secondari;

le varie interazioni possono avere sui tessuti effetti positivi o negativi, favorevoli o dannosi, in relazione al tipo di tessuto ed alla situazione obbiettiva in cui quel tessuto si trova in un determinato momento. nella bocca, le distanze fra vari tipi di tessuto (dente, legamento, osso, gengiva) sono minime;

LUCE

LASER

LUCE

LASERRiflessa

LUCE

LASER

LUCE

LASERAssorbita

LUCE

LASER

LUCE

LASER Trasmessa LUCE

LASER

LUCE

LASER Diffusa

INTERAZIONE DELLA LUCE LASER SUL TESSUTO UMANO

superficie

Punto Focale

Lente

A Fuoco Defocalizzato

DENSITA’ DI POTENZA

PuntoPunto focale

Superficie

Potenza

Manipolo

MANIPOLI COLLIMATIMANIPOLI COLLIMATI

MANIPOLI FOCALIZZATIMANIPOLI FOCALIZZATI

Radiazioni Laser

RADIAZIONI ACQUA MINERALE ESPLOSIONE

I cosidetti "soft laser" in campo odontostomatologico hanno proprietà biostimolanti, antinfiammatori e soprattutto antalgiche.

I laser definiti “power laser” hanno un elevato effetto di taglio e trovano una ampia applicazione sia in campo conservativo che chirurgico.

ALCUNE INDICAZIONI SULL’USO DEL LASER

Quali possibili effetti terapeutici :

- vasodilatazione sia capillare che arteriolare- azione antiflogistica, antiedemigena, antalgica

- aumento dei leucociti e delle loro attività fagocitarie

-stimolazione del metabolismo cellulare e proliferazione fibroblastica

nelle lesioni

- modificazione della pressione idrostatica intracapillare

- maggiore assorbimento dei liquidi interstiziali

- aumento della soglia di percezione dei nocicettori

-- stimolazione del ricambio elettrolitico del protoplasma cellulare

- stimolazione del sistema immunitario

- aumento della temperatura locale

- azione antibatterica.

• Proprietà ottiche dei tessuti

• Modalità di reazione del tessuto allo stimolo dell’energia luminosa

• La conduzione tessutale del calore

• La dispersione del calore

• L’eventuale risposta infiammatoria del tessuto

• La vascolarizzazione del tessuto

• I meccanismi di riparazione tessutale

Generatore flash

Calore

S1 S2 10%

Profilo del

raggio

Cavità ottica

COERENZALe onde luminose sono sempre in fase tra di loro con stessa frequenza.

MONOCROMATICITA’La luce laser e’ composta da onde elettromagnetiche di una solalunghezza d’onda caratteristica della particolare sostanza o GASstimolato.

UNIDIREZIONALITA’A differenza di una comune sorgente luminosa (ad es. il sole), la luce laser si espande in una sola direzione.

BRILLANZAA differenza di una comune lampadina, la concentrazione della luce laser in un solo punto, permette di raggiungere energie enormi.

Può essere realizzata partendo da due fenomeni fisici distinti:

• la riflessione totale

• l’effetto di curvatura della traiettoria del raggio che si propaga in un mezzo disomogeneo

interagire con il tessuto da trattare senza danneggiare il tessuto sano vicino;

utilizzare la minima quantità di energia necessaria per ottenere l’effetto clinico desiderato.

Iniziale penetrazione della luce con conseguente deposizione di energia a livello del tessuto assorbente;

Diffusione dell’energia termica;

Evaporazione superficiale dell’acqua;

Disidratazione del tessuto;

Innalzamento della temperatura;

Vaporizzazione esplosiva.

Carbonizzazione (in seguito alla disidratazione)

FATTORI INERENTI ALLA LUCE LASER

• La P.D. del raggio• Le caratteristiche temporali del raggio (pulsato) e la durata della pulsazione• La velocità della pulsazione

FATTORI ATTRIBUIBILI ALLA STRUMENTAZIONE

• Contatto o non contatto della fibra• Raggio focalizzato o defocalizzato

Specifica lunghezza d’onda dell’emissione laser

Caratteristiche ottiche del tessuto bersaglio

VARIABILI LASER SOTTO IL CONTROLLO DELL’OPERATORE

Potenza applicata (power density)

Dimensione dello spot

Fluenza

Modalità di lavoro in rapporto al tessuto target

(pulsato, contatto, non contatto)

PROPRIETA’ OTTICHE DEI TESSUTI E SPECIFICITA’ DELLA LUNGHEZZA D’ONDA

INTERAZIONE

RIFLESSIONE ASSORBIMENTO DISPERSIONETRASMISSIONE

A causa dei fenomeni di assorbimento e

dispersione che si determinano in

concomitanza con i fenomeni di

rifrazione, non é facile determinare

l’indice di rifrazione stessa per i vari tipi

di tessuto.

Durante l’assorbimento si

verificano:

diminuzione della intensità del raggio laser

generazione di fenomeni vibrazionali a carico delle molecole

conseguente conversione dell’onda elettromagnetica in calore

Caratteristica dell’assorbimento é la

SELETTIVITA’

acqua (Er:YAG)

pigmenti (melanina, emoglobina - Nd:YAG)

idrossiapatite (CO2)

Capacità del tessuto di assorbire energiaelettromagnetica

costituzione elettronica dei suoi atomi e molecole

lo spessore della superficie assorbente

la temperatura del tessuto

la presenza di fattori favorenti l’assorbimento

il grado di idratazione del tessuto

DISPERSIONE (Scattering)

tipo di tessuto situazione obbiettiva in cui quel tessuto si trova in quel momento

Non é un fenomeno assoluto ma dipende da

Jaywant S, Wilson B e coll.Temperature dependent changes in the optical absorption

and scattering spectra of tissues: correlation with

ultrastructure.Laser-Tissue Interaction IV, Spie vol. 1882, 1993, pp. 218-229

Gli autori hanno dimostrato come il coefficiente di

scattering del tessuto può variare al variare della

temperatura, a causa dei mutamenti ultrastrutturali che

avvengono all’interno del tessuto

EFFETTI SUI TESSUTI DELLA RADIAZIONE LASER

Interazione

Fotochimica Fototermica Fotoelettrica Fotomeccanica

INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA

• BIOSTIMOLAZIONE

• TERAPIA FOTODINAMICA

• FLUORESCENZA

Un raggio di una specifica lunghezza d’onda

viene assorbito dai cromofori con conseguente reazione

biochimica a livello cellulare

INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA

Fotosintesi clorofilliana

Abbronzatura

ESEMPI DI INTERAZIONE FOTOCHIMICAESEMPI DI INTERAZIONE FOTOCHIMICA

INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOCHIMICAFOTOCHIMICA

BIOSTIMOLAZIONE

Cicatrizzazione

Riparazione

Effetti antalgici

Disturbi articolari - ATM

Effetto miorilassante

Campi di utilizzo dei Soft LaserCampi di utilizzo dei Soft Laser

in Odontoiatriain Odontoiatria

• Trattamento della sensibilità dentinale 4-8 J• Guarigione di ferite dopo estrazioni, chirurgia parodontale 6-10 J• Lesioni erpetiche o afte 6-10 J• Riduzione della risposta infiammatoria dopo preparazione

profonda di cavità 4 J• Pulp tester per pulpiti irreversibili 2 J• Iper-analgesie per otturazione di classe I o II in pazienti adulti

e bambini (non ago, non labbro intorpidito) 6-8 J• Analgesia per cementazione di corone 8-10 J• Diminuzione della risposta infiammatoria dopo chirurgia

maxillofacciale, artrocentesi 8-10 J• Trattamento del Trigger point nelle lesione dell’ATM 8-20 J• Scaling profondo e curettage sub gengivale 2 J• Riduzione della risposta infiammatoria post endodonzia 8-20 J• Riduzione dell’edema post operatorio in implantologia e

favorire la rigenerazione ossea perimplantare 8-20 J

Utilizzazione di un Fotosensibilizzatore (HpD) che viene iniettato in vena

TERAPIA FOTODINAMICATERAPIA FOTODINAMICA

FLUORESCENZAFLUORESCENZA

Si determina quando l’energia della luce

viene assorbita da specifiche molecole o

componenti tessutali che successivamente

rilasciano l’energia sotto forma di luce.

KaVo DIAGNOdent (635 nm)KaVo DIAGNOdent (635 nm)

EFFETTI DEL LASER SULLA DENTINA

1 VOLATILIZZAZIONE (200 micron) 1100 C°

2 AFFEZIONE TERMICA NECROSI CELLULARE (200 micron) 1200 C°

3 TESSUTO SANO

COMPOSIZIONE DEL DENTE

DIODO ND CO2 AR

Circa 6 cm

Circa 3 cm

Circa 1 mm Circa 1.5 mm

Si determina per trasformazione dell’onda laser in calore.

Rimozione tissutale per vaporizzazione del tessuto e super

riscaldamento dei fluidi tissutali.

FATTORI CHE INFLUENZANO L’ASSORBIMENTO DI ENERGIA

• lunghezza d’onda

• parametri e tipologia dello spot

• densità di potenza

• durata della pulsazione

• frequenza della pulsazione

• proprietà ottiche del tessuto

• composizione del tessuto

INTERAZIONE FOTOTERMICAINTERAZIONE FOTOTERMICA

ACQUAACQUA

HAHA HAHA

Si determina per trasformazione dell’onda laser in calore.

Rimozione tissutale per vaporizzazione del tessuto e super

riscaldamento dei fluidi tissutali

• Trasformazione dell’energia fotonica in eccitazione molecolare (elettroni)

• Diffusione della energia ai tessuti circostanti

• In rapporto alla conducibilità termica, possibili danni ai tessuti adiacenti

Trasformazione in energia

Rapporto TRT – Lunghezza d’onda

Il massimo picco di assorbimento dell’acqua corrisponde al minimo TRT(tempo di rilassamento termico)

Disidratazione tissutale

Carbonizzazione

Coagulazione del sangue

Denaturazione delle proteine

POSSIBILI FATTORI DI DANNOPOSSIBILI FATTORI DI DANNO

INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOTERMICAFOTOTERMICA

VARIABILI DI DANNO TERMICO

• Dimensione dello spot (attenzione al raggio focalizzato)

• Durata di esposizione

• Velocità di ripetizione dell’impulso

• Durata dell’impulso

INTERAZIONEINTERAZIONE FOTOTERMICAFOTOTERMICA

45 °C Vasodilatazione, danno epiteliale e morte delle cellule

50 °C Scomparsa della attività enzimatica

60 °C Disorganizzazione delle membrane cellulari, denaturazione delle proteine

70 °C Denaturazione del collagene e permeabilizzazione delle membrane

80 °C Contrazione delle fibre collagene, necrosi

100 °C Vaporizzazione dell’acqua, disidratazione totale

>100 °C Volatilizzazione dei costituenti organici

100-200 °C Frammentazione molecolare, carbonizzazione

200-300 °C Generazione di fumi, combustione

Profondità di penetrazione del raggio

• proprietà fisiche del tessuto bersaglio• lunghezza d’onda• densità di potenza del raggio d’emissione

• degradamento (coefficiente

d’attenuazione)

Degradamento o attenuazione

Il raggio perde gradatamente la sua intensità a mano a mano che penetra all’interno del tessuto

La legge di Lambert e Beer stabilisce che: l’assorbimento dell’intensità del raggio é

direttamente proporzionale alla concentrazione degli elementi assorbenti.

Esiste una distanza specifica alla quale la densità di potenza del raggio si riduce ad un livello tale da non

riuscire più a dare alcun tipo d’interazione.Tale distanza é definita:

PROFONDITA’ D’ESTINZIONE

INTERAZIONE FOTOACUSTICAINTERAZIONE FOTOACUSTICA

Azione di tipo fotomeccanico

Determinata da impulsi molto brevi che provocano nei tessuti un aumento di

pressione e formazione di vere e proprie onde acustiche

Uno spot grande, anche a bassa fluenza, può determinare un danno grave a livello del tessuto

In presenza di onde acustiche

Formazione di forze tensili o compressive che

determinano lesione tissutale

indipendentemente dalla produzione di calore

• INCISIONE

• ABLAZIONE

• COAGULAZIONE

• STERILIZZAZIONE

• SALDATURA DEI TESSUTI

Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser

Classe Classe 11 2 3A 3B 4 2 3A 3B 4

Innocui, intrinsecamente sicuri, anche in caso

di errori di manipolazione; possono essere

esclusi tutti gli effetti dannosi,

ovvero la radiazione

è inaccessibile.

Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser

Classe 1 Classe 1 22 3A 3B 43A 3B 4

L’esposizione oculare diretta alla radiazione

non deve causare alcun effetto dannoso.

Laser solo nel campo del visibile con

potenza, a regime continuo, non

superiore a 1.0 mW.

Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser

Classe 1 2Classe 1 2 3A3A 3B 43B 4

Laser a fascio allargato di forma circolare

o lineare. Le radiazioni che possono

penetrare nell’occhio sono tipo classe 1,

se la radiazione è nell’invisibile, tipo

classe 2 se visibile.

Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser

Classe 1 2 3AClasse 1 2 3A 3B3B 44

Laser che in regime a emissione continuaLaser che in regime a emissione continua

non devono superare 0.50 W dinon devono superare 0.50 W di

potenza. La visione di riflessipotenza. La visione di riflessi

diffusi non deve causarediffusi non deve causare

alcun effetto dannoso (ad esempio peralcun effetto dannoso (ad esempio per

proiezione su una parete bianca).proiezione su una parete bianca).

Divisione in classi dei LaserDivisione in classi dei Laser

Classe 1 2 3A 3BClasse 1 2 3A 3B 44Laser che non appartengono alle classi Laser che non appartengono alle classi

precedenti. precedenti.

Sono laser senza limite superiore di potenza. Sono laser senza limite superiore di potenza.

Raggio e riflessioni sono pericolose per gli occhi Raggio e riflessioni sono pericolose per gli occhi

e la pelle. e la pelle.

Possono agire sui materiali determinando Possono agire sui materiali determinando

liberazione di sostanze nocive o causare liberazione di sostanze nocive o causare

incendi.incendi.

RISCHIO DA RADIAZIONI LASERRISCHIO DA RADIAZIONI LASER

• la classificazione delle apparecchiature laser la classificazione delle apparecchiature laser

secondo il grado di pericolosità della radiazione secondo il grado di pericolosità della radiazione

accessibileaccessibile

• i valori massimi ammissibili della Esposizione i valori massimi ammissibili della Esposizione

Massima Permessa (EMP) per la visione diretta del Massima Permessa (EMP) per la visione diretta del

raggio laserraggio laser

La norma internazionale IEC-825 definisce:La norma internazionale IEC-825 definisce:

Provvedimenti amministrativi diProvvedimenti amministrativi diprotezione e controlloprotezione e controllo

Certificazione rilasciata da Esperto Qualificato Certificazione rilasciata da Esperto Qualificato

(Normativa 626)(Normativa 626)

Nomina di un addetto alla sicurezza laserNomina di un addetto alla sicurezza laser

Formazione del personaleFormazione del personale

Norme di protezione e sicurezzaNorme di protezione e sicurezza

• Locale predisposto e segnalatoLocale predisposto e segnalato

• Utilizzo limitato alle persone autorizzateUtilizzo limitato alle persone autorizzate

• Operatore responsabile della sicurezzaOperatore responsabile della sicurezza

• Protezione oculare adeguataProtezione oculare adeguata

• Controllo sempre possibile del fascioControllo sempre possibile del fascio

• Laser spento e chiave rimossa se incustodito

• Controllo immediato specialistico in caso di Controllo immediato specialistico in caso di

esposizione oculare accidentaleesposizione oculare accidentale

Solidi LiquidiGassos

i

Teleria

Prodotti di carta

Plastica

Cere e resine

Etanolo

Acetone

Metilmetacrilati

Solventi

Ossigeno

Protossido d’azoto

Anestetici generali

Vapori aromatici

FINE

• NON E’ FINITA QUI.

• CI VEDIAMO AL PROSSIMO CORSO AVANZATO

Tempo sul Tessuto

Tempo20ms 100ms80ms60ms40ms