Onde elettromagnetiche
CAMPO ELETTRICO
DIREZIONE DI
PROPAGAZIONE
CAMPO MAGNETICO
Emissione di onde
elettromagnetiche
Molte lunghezze d’onda e colori; le onde viaggiano
disordinatamente e non sono in fase
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 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
e¯
e¯
P1
e¯
P1
+
+
+
EMISSIONE STIMOLATA
e¯
e¯
P1
e¯
+
+
P2
+
P2
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
DENSITA’ DI
=
ENERGIA
Potenza (Watt)
=
Area ( cm2 )
Potenza ( Watt )
X T(Sec.)
Area ( cm2 )
LUNGHEZZA D’ONDA
CRESTA
AMPIEZZA
VENTRE
LUNGHEZZA D’ONDA E FREQUENZA DI ONDE A
CONFRONTO
Lunghezza
Lunghezza d’onda Corta
*Alta Frequenza
Ampiezza
Frequenza
Lunghezza d’onda lunga
*Bassa Frequenza
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
Cavita’ ottica Risonante
mezzo attivo
Specchio riflettente
Specchio
semiriflettente
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 BIANCA
NON COERENTE
AMPIO SPETTRO
NON-COLLIMATA
LASER
COERENTE
MONOCROMATICA
COLLIMATA
• Il raggio laser può essere emesso in
modo continuo senza alcuna interruzione
CONTINUO
TEMPO
il raggio laser è costituito da impulsi
che si ripetono nel tempo con una
determinata frequenza.
POTENZA
PULSATO
I LASER possono essere differenziati in base
CONTINUO
POTENZA
alle modalità di emissione della radiazione.
PULSATO
POTENZA
TEMPO
TEMPO
Principio attivo
Lunghezza d’onda
Modalità emissione
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
UV
VISIBILE
400
10600
2940
980
1064
755
694
577-630
532
190 - 390
RAGGI X
488 - 514
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
INFRARROSSI
700
MICRONDE
ONDE RADIO
5W
3W
1W
100  s
150  s
Seconda parte del corso :
INTERAZIONE LASER
TESSUTI
CON I
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;
INTERAZIONE DELLA LUCE LASER
SUL TESSUTO UMANO

LUCE
LASER

Riflessa

Trasmessa

LUCE
LASER
LUCE
LASER
LUCE
LASER
Assorbita
Diffusa
DENSITA’ DI POTENZA
A Fuoco
Defocalizzato
Punto focale
 Superficie
Lente
 Potenza
Manipolo
superficie
MANIPOLI COLLIMATI
MANIPOLI FOCALIZZATI
Radiazioni Laser
RADIAZIONI
ACQUA
MINERALE
ESPLOSIONE
ALCUNE INDICAZIONI SULL’USO
DEL LASER
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.
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
S1
S2
Cavità
ottica
Calore
10%
Profilo
del
raggio
COERENZA
Le onde luminose sono sempre in fase tra di loro con stessa frequenza.
MONOCROMATICITA’
La luce laser e’ composta da onde elettromagnetiche di una sola
lunghezza d’onda caratteristica della particolare sostanza o GAS
stimolato.
UNIDIREZIONALITA’
A differenza di una comune sorgente luminosa (ad es. il sole), la luce
laser si espande in una sola direzione.
BRILLANZA
A 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
TRASMISSIONE
ASSORBIMENTO
DISPERSIONE
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 energia
elettromagnetica
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)
Non é un fenomeno assoluto ma dipende da
tipo di tessuto
situazione obbiettiva in cui quel
tessuto si trova in quel momento
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
INTERAZIONE FOTOCHIMICA
Un raggio di una specifica lunghezza d’onda
viene assorbito dai cromofori con conseguente reazione
biochimica a livello cellulare
• BIOSTIMOLAZIONE
• TERAPIA FOTODINAMICA
• FLUORESCENZA
INTERAZIONE FOTOCHIMICA
ESEMPI DI INTERAZIONE FOTOCHIMICA
Fotosintesi clorofilliana
Abbronzatura
INTERAZIONE FOTOCHIMICA
BIOSTIMOLAZIONE
Cicatrizzazione
Riparazione
Effetti antalgici
Disturbi articolari - ATM
Effetto miorilassante
Campi di utilizzo dei Soft Laser
in Odontoiatria
• Trattamento della sensibilità dentinale
• Guarigione di ferite dopo estrazioni, chirurgia parodontale
• Lesioni erpetiche o afte
• Riduzione della risposta infiammatoria dopo preparazione
profonda di cavità
• Pulp tester per pulpiti irreversibili
• Iper-analgesie per otturazione di classe I o II in pazienti adulti
e bambini (non ago, non labbro intorpidito)
• Analgesia per cementazione di corone
• Diminuzione della risposta infiammatoria dopo chirurgia
maxillofacciale, artrocentesi
• Trattamento del Trigger point nelle lesione dell’ATM
• Scaling profondo e curettage sub gengivale
• Riduzione della risposta infiammatoria post endodonzia
• Riduzione dell’edema post operatorio in implantologia e
favorire la rigenerazione ossea perimplantare
4-8 J
6-10 J
6-10 J
4J
2J
6-8 J
8-10 J
8-10 J
8-20 J
2J
8-20 J
8-20 J
TERAPIA FOTODINAMICA
Utilizzazione di un Fotosensibilizzatore (HpD) che viene iniettato in vena
FLUORESCENZA
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)
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
Circa 3 cm
Circa 6 cm
CO2
AR
Circa 1 mm
Circa 1.5 mm
INTERAZIONE FOTOTERMICA
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
HA
HA
ACQUA
Si determina per trasformazione dell’onda laser in calore.
Rimozione tissutale per vaporizzazione del tessuto e super
riscaldamento dei fluidi tissutali
Trasformazione in energia
• Trasformazione dell’energia fotonica in eccitazione
molecolare (elettroni)
• Diffusione della energia ai tessuti circostanti
• In rapporto alla conducibilità termica, possibili danni ai
tessuti adiacenti
Rapporto TRT – Lunghezza d’onda
Il massimo
picco di
assorbimento
dell’acqua
corrisponde al
minimo
TRT(tempo di
rilassamento
termico)
POSSIBILI FATTORI DI DANNO
 Disidratazione tissutale
 Carbonizzazione
 Coagulazione del sangue
 Denaturazione delle proteine
INTERAZIONE FOTOTERMICA
VARIABILI DI DANNO TERMICO
• Dimensione dello spot (attenzione al raggio focalizzato)
• Durata di esposizione
• Velocità di ripetizione dell’impulso
• Durata dell’impulso
INTERAZIONE FOTOTERMICA
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 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
In presenza di onde acustiche
Uno spot grande, anche a bassa fluenza, può
determinare un danno grave a livello del tessuto
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 Laser
Classe 1 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 Laser
Classe 1 2 3A 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 Laser
Classe 1 2 3A 3B 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 Laser
Classe 1 2 3A 3B 4
Laser che in regime a emissione continua
non devono superare 0.50 W di
potenza. La visione di riflessi
diffusi non deve causare
alcun effetto dannoso (ad esempio per
proiezione su una parete bianca).
Divisione in classi dei Laser
Classe 1 2 3A 3B 4
Laser che non appartengono alle classi
precedenti.
Sono laser senza limite superiore di potenza.
Raggio e riflessioni sono pericolose per gli occhi
e la pelle.
Possono agire sui materiali determinando
liberazione di sostanze nocive o causare incendi.
RISCHIO DA RADIAZIONI LASER
La norma internazionale IEC-825 definisce:
• la classificazione delle apparecchiature laser
secondo il grado di pericolosità della
radiazione
accessibile
• i valori massimi ammissibili della Esposizione
Massima Permessa (EMP) per la visione diretta del
raggio laser
Provvedimenti amministrativi di
protezione e controllo
 Certificazione rilasciata da Esperto Qualificato
(Normativa 626)
 Nomina di un addetto alla sicurezza laser
 Formazione del personale
Norme di protezione e sicurezza
• Locale predisposto e segnalato
• Utilizzo limitato alle persone autorizzate
• Operatore responsabile della sicurezza
• Protezione oculare adeguata
• Controllo sempre possibile del fascio
• Laser spento e chiave rimossa se incustodito
• Controllo immediato specialistico in caso di
esposizione oculare accidentale
Solidi
Liquidi
Teleria
Etanolo
Prodotti di carta
Acetone
Plastica
Metilmetacrilati
Cere e resine
Solventi
Gassosi
Ossigeno
Protossido
d’azoto
Anestetici
generali
Vapori aromatici
FINE
• NON E’ FINITA QUI.
• CI VEDIAMO AL PROSSIMO CORSO
AVANZATO
Tempo sul Tessuto
20ms
40ms
60ms
Tempo
80ms
100ms