Терапевтски ласер - LLLT

Терапевтски ласер: LLLT, aPDT

   Светлоста на мекиот ласер (25-100mW, 660nm) отвора спектар на тераписка примена. На пример третман на воспаление, афти, херпеси се до ласерската стоматологија. Ласерската терапија со ниска фреквенција (LLLT), користи монохроматска ласерска светлост за стимулација на заздравување на инфицираните лезии.

Поради форосензитивноста, антимикробната Фотодинамска Терапија овозможува уништување на микроорганизмите дури и во тешко достапните предели без оштетување на околното ткиво.

   LLLT користи биостимулирачка сила на светлоста за олеснување на болката, заздравување на раната и регенерација на ткивото. Мекиот ласер и  нуди на стоматологијата неколку интересни полиња за апликација.

Предности на ласерската терапија

Ласерска Терапија

    

Кои се предностите на ласерската терапија во стоматологијата?

 

• Поздрава
• Задржува здрава структура на забот
• Ги уништува бактериите
• Го намалува ризикот од инфекции
• Го намалува ризикот од повторување на кариес
• Побрзо заздравување, без пост-оперативен период
• По пријатно
• Помалку болка
• Без иритирачки звуци и вибрации од стругање
• Помала потреба од инјекции
• Безконтактен третман (без допир)
• Побрзо
• Помалку време поминато на стоматолошки стол
• Третманот често не бара анестезија
• Постапките се вршат брзо

Примена на ласерите во стоматологијата

Примена на ласерите во стоматологијата

Во модерната стоматологија се користи широка палета на различни ласерски апарати. Така Er:YAG ласерот има огромен потенцијал за замена на самите стоматолошки дупчалки во одредени ситуации, CO₂  ласерот е доста драгоцен алат при орална хирургија, потоа аргонскиот ласер кој се користи при мали хируршки зафати и разновидно лекување и Nd:YAG ласерот се користи при  реконструкција на ткива.

Главен проблем кој се јавува е високата цена на ласерската терапија во однос на класичната терапија. Меѓутоа интересот за оваа нова технологија од страна на пациентите е значително зголемен поради избегнувањето на непријатностите и лошите искуства со кои се среќаваат на стоматолошкото столче.  

LLL (Low Level Lasers) -  ласери со ниска сила

Во однос на така наречените High Power Lasers (HPL) помалку познати се LLL. Овие ласери се помали, поефтини и вршат функции во опсег од 1-500[mW]. Терапијата која се изведува со овие ласери е наречена и Low Level Lasers Therapy (LLLT) или ласерска терапија и според тоа и самите уреди се викаат терапевтски ласери.

Терапевтските ласери ја вршат својата функција во видливиот и инфрацрвениот спектар со бранова должина од 600 – 900 [nm]. Но се користат и ласери со бранови должини како што се 1064 [nm] кај Nd:YAG и 10600 [nm] кај CO₂  ласерите.

Енергија која се употребува се изразува во Џули [J], а тоа е:

[J] =  [W] x [s]

Енергија која се користи во терапија е во опсег од 1-10 [J] по точки. Дозата се изразува во [J/m²]. Површината која се третира треба да биде позната за да се пресмета дозата. Енергија од 1[J] делува на површина од 1 [m²] и се добива [J/m²].

Ласерската терапија како  наука е многу комплексна материја која претставува комбинација од физика, медицина, клинички процедури и научни правила од есенцијално значење. Многу студии како позитивни така и негативни не располагаат со доволно релевантни податоци на полето ласерска терапија.  

Ласерска терапија се користи при:

o   Дентална хиперсензитивност[1] - Денталната хиперсензитивност може многу успешно да се третира со ласерите со ниска сила.

o   Херпес симплекс - Оралниот или усен херпес(HSV1) е вообичаен случај во стоматолошката пракса. Како и секој третман така и третманот на HSV1 во почетната фаза обично е успешен. Болката ќе биде отстранетa веднаш, додека настанатите пликови ќе ги снема после неколку дена. Со повтарање на третманот секој пат кога ќе се појави пликo се намалува и веројатноста за негово повторно појавување. 

o   Болка - Најчеста мака на пациентите е секако болката. LLLТ може да ја отстрани или  намали болката од различно потекло. Непријатноста после операцијата, која вклучува непријанот чувство на болка, може да биде значително намалена со ирадијација пред анестезијата да го изгуби своето дејство.

o   Парестезија - По орална операција може да се појави парестезија и LLL се користат за да се елимират или редуцират таквите компликации.

o   TMD - Проблеми во темпоро-мандибуларната регија се решаваат со овие ласери.

o   Тригеминална невралгија[2]- Невралгијата може некогаш во целост да го оневозможи денталниот третман. Меѓутоа со употребата на ласерската техника, стоматолозите можат да им пружат голема удобност на пациентите кои патат од оваа болест.

Освен овие постојат и уште многу други третмани кои можат да се лекуваат со ласерска терапија како што се: обнова на коската, декубитуси, акупунктура и др.

Ласери

 Кратка историја на ласерите

Како голем напредок во науката воопшто се смета пронаоѓањето на ласерот чии теоретски основи прв ги поставил Алберт Ајнштајн во 1916 година.  Подоцна, во раните 1950 - ти, била конструирана значајна направа позната како масер од страна на група научници од кои поглавни се Чарлс Таунс од САД, Александар Михајлович Прохоров и Николај Генадиевич Басов од СССР. Истите ја делат Нобеловата наград за физика од 1964год. за нивната работа. Масер, кој е акроним за Микробраново зголемување од стимулирана емисија на радијација[1] е микробранов засилувач со многу слаб звук кој функционира на неконвенционален начин, со директна употреба на квантно – механичка интеракција на материја и светлосна енергија.

Во 1958 год., Таунс и Артур Шаулоу ги поставиле главните физички услови кои треба да се исполнат за да се постигне светлосно зголемување од стимулирана емисија на радијација. Тогаш во јули 1960 год. Теодор Х. Мајман го конструирал првиот оптички масер или ласер, со што е постигната една од големите пресвртници во науката.

Што претставуваат ласерите?

Ласерите се квантни генератори на светлина од оптичкиот дијапазон. Генерираната светлина е строго кохерентна. Акронимот LASER доаѓа од првите букви на Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation што во слободен превод значи зајакнување на светлината со стимулирана емисија  зрачење. Принципот на работа на ласерите е заснован на т.н стимулирана емисија преку Ајнштајновите A и B коефициенти.

Стимулирана емисија

Ако во даден момент повеќето атоми од една средина се најдат во возбудена енергетска состојба, можно е некое карактеристично надворешно зрачење (како надворешна причина) да предизвика деексцитација на тие атоми. Овој процес е придружен со емисија на кохерентна светлина при што светлинските снопови не само што имаат иста енергија, туку и иста поларизација, фаза и насока на прострирање.

Систем од честици што има само две енергетски нивоа Е₁ и Е₂ апсорбира енергија неговите атоми ќе се најдат во ексцитирана (возбудена) состојба. Во возбудена состојба атомите остануваат кратко време ≈ 10^-8s по што преминуваат во основната или некоја пониска енергетска состојба, преку емисија на фотон чија енергија е еднаква на разликата на енергиите меѓу двете состојби. Ако повисоката енергетска состојба има енергија Е₂, а пониската енергетска состојба Е₁. Тогаш:

hf = E₂ – E₁

Ако светлината настанала без било какво надворешно влијание овој процес се вика спонтана емисија. А. Ајнштајн заклучил дека на процесот на емисија може да има влијание некое надворешно зрачење. Во такви услови веројатноста за емисија е зголемена и доаѓа до т.н стимулирана емисија која се карактеризира со определена веројатност. Зрачењето е зајакнато. Стимулираната емисија може да ја предизвика само фотон со енергија еднаква на фотонот емитуван спонтано. Двата фотона имаат еднаква бранова должина, фаза и насока на простирање, тие се кохерентни и може да предизвикаат нови стимулирани премини. Стимулираната емисија понекогаш се вика и негативна апсорција.

.                            а)апсорбирана енергија,    б)спонтана емисија     в) стимулирана емисија

Инверзна населеност на енергетските нивоа
 

Средините кај кои во единица време бројот на атомите во возбудена состојба е помал од бројот на невозбудените атоми се вели дека се во нормална населеност според нивоата на енергијата. Меѓутоа за да се добие кохерентно и засилено зрачење (ласерско зрачење), неопходно е материјалната средина да се доведе до таква состојба што бројот на возбудените атоми во единица време е поголем од бројот на атомите во основна состојба. Оваа состојба се вели дека е со инверзна населеност на атомите според нивоата на енергијата, а средините се наречени активни средини. Кај активните средини според Ламбер - Беровиот закон за апсорција, коефициентот на апсорција алфа (α) добива негативни вредности. Кај овие средини наместо апсорпција настанува појачување на зрачењето.

Инверзната населеност  што постои кај активните средини не е природна, нејзината егзистенција придонесува за постоење на можност за одвивање на процес на стимулирана емисија со зајакнато зрачење. Постојат различни методи со кои се предизвикува инверзна населеност на активната средина (пумпање на средината): осветлување на системот со интензивна светлост (оптички начин), со нееластични судири со електрони со определена кинетичка енергија, со енергија ослободена при хемиски реакции, со електрични побудувања итн. 

Било каков да е начинот на побудување не е можно непосредно да се постигне инверзна населеност  на ласерското ниво, туку овој процес се одвива преку побудувањето  на некое повисоко ниво (3)(сл.3). Таму времето на престој е многу кратко, (10^-8s) додека на нивото (2) – метастабилно ниво - ова време е многу подолго (10^-3s). Всушност ова релативно долго време е најважен услов за ласерскиот ефект. 

 

Метастабилното ниво егзистира доволно долго време за да се обезбеди инверзна населеност. Во такви услови  ако падне зрачење од надвор може да се предизвика стимулирана емисија. Поволни ласески ексцитации се постигнуваат и со повеќе енергетски нивоа, но работен ласерски премин е оној од метастабилно на некое пониско ниво (1)(сл.3). Метастабилните нивоа се обезбедуваат со додавање на мали количества т.н активни центри чија концентрација не надминува 10¹⁰  -  10²⁰    атоми во cm³ во гасни и 10¹⁵ - 10¹⁷ атоми во cm³ во тврди и течни средини.

Кај ласерите нема примарен кохерентен светлински зрак туку улогата на примарни фотони ја имаат случајно создадените фотони при спонтана емисија. Од огромниот број на такви фотони, се одделуваат оние по оската на системот кои многу кратко поминуваат низ оптичкиот резонатор да се обезбеди нивно подолго задржување во системот со цел да се предизвикаат нови стимулирани емисии. Потребно е да се оддели само една бранова должина на која ќе работи ласерот. Оптичкиот резонатор исто така врши селекција на зрачењето по фреквенции. Имено, активната средина и додатните центри можат да имаат повеќе ласерски премини, поради што во средината може да биде присутно зрачење со повеќе фреквенции. Најчесто е потребно да се оддели само една бранова должина на која ќе работи ласерот. За да се елиминираат другите, резонаторските огледала се прават со коефициент на рефлексија кој е функција од фреквенцијата на зрачењето, поради што се обезбедува зрачење што има високи кохерентни својства.

  
Видови ласери

•  Тврдотелни ласери

За тврда активна средина се користат диелектрични кристали или стакла во кои со посебни постапки се внесени примеси со улога на активни центри. Кај нив се користат само оптички начини на ексцитирање. Меѓу најупотребуваните се рубиновиот и неодиумовиот ласер. На тврдотелниот ласер Nd:YAG – активна средина му е итриум алуминум гранат (Y₃Al₅O₁₂) активиран со неодиум Nd (1%), еден од најискористените моќни ласери кој може да работи и во континуиран и во импулсен режим со зрачење во блиската IR (инфрацрвена) област. (λ= 1064nm).

•     Гасни ласери

Кај овие ласери како активна средина јавуваат разредени гасови и неутрални атоми. Тие покриваат широко спектрално подрачје од UV видливата област (He – Ne ласер, ласер со Cu, ласер со Ar⁺ и др.) во инфрацрвената област (молекуларниот CO₂ – ласер, Nd:YAG,  GaAs  и др.)

•       Течни ласери

Кај овие ласери за активни средини се користат течни диелектрици со примеси на активни центри. Принципот на работа на течните ласери е сличен со работа на ласери со тврда активна средина.

   Во посебна група се вбројуваат полуспорводничките ласери.

Принцип на работа на ласерите

Приказ на рубински ласер

Принципот на работа на ласерите  најдобро може да се согледа преку рубинскиот ласер. Рубинот е кристал на алуминиум оксид Al₂О₃. Рубинот што се користи за ласерите е синтетички добиен кристал во форма на цилиндер (до 20cm должина) со исполирани паралелни основи. Огледалата на оптичкиот резонатор се поставени паралелно на основите на кристалот. Уште при добивањето на рубинот му се додава хром, чии јони имаат улога на активни центри. Системот има три енергетски нивоа: основно S₀, метастабилно ласерско ниво S₁ - составено од две поднивоа, повисокото енергетско ниво S_2. По ексцитацијата која овде се прави со силен блесок на ксенонова лампа, атомите преминуваат на повисоко енергетско ниво S₂ каде што не можат да останат долго туку преминуваат на пониско ниво S₁ затоа што преминот  од S₂ во S₁ е поверојатен од спонтаниот премин S₂ - S₀.  Со тоа се создава инверзна населеност на енергетските нивоа. Кога ласерското ниво ќе достигне критична населеност, под надворешно дејство на фотони настанува стимулирана емисија, премин од S₁ - S₀. Тоа е ласерски ефект – светлосен импулс со траење од 10^-8s составен од две бранови должини 692,7nm и 694,3nm, со голема можност на квантниот поток ≈ 10⁷W.  

Примена на ласерите

Ласерите наоѓаат примена во современата металопреобработувачка индустрија, во микроелектрониката, во музичката, компјутерската, ласерско печатарската, видеотехниката, телекомуникациите, космонаутиката навигациона техника итн.

Освен во претходно спомнатите области, ласерот има голема примена и во медицината. Биолошкото дејство на ласерската светлина зависи од моќноста, режимот на работа и брановата должина. Во медицината се користи поради можноста ласерската светлина да се фокусира на мали површини и тоа како хируршки нож при прецизни микрохируршки операции. Се користи при ласерска литотрипсија (алтернативен метод на раздробување на бубрежни и жолчни камења), како замена на игли при акупунктура (ласери со мала моќност), фотодинамичка терапија на рак, во рефлексотерапија и др.

---

[1] Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation