Il LASER nella FISICA RIABILITATIVA Prof. G. Illari Docente di Fisica Elettronica Dott.ssa Cristina Tornali Docente A.D.E. –Medicina Fisica e Riabilitazione

LASER Light Amplification by Stimulated of Radiation Light Amplification by Stimulated of Radiation Impiegando una tecnica di “emissione stimolata” ci è permesso di rinforzare la luce,cioè di produrre della luce che porta in sé un’enorme energia. Impiegando una tecnica di “emissione stimolata” ci è permesso di rinforzare la luce,cioè di produrre della luce che porta in sé un’enorme energia.

Un po’ di “ storia” recente 1917 Einstein presentava la sua teoria della “emissione stimolata” che si trova alla base del processo di rafforzamento della luce e che si basa sulla teoria del quantum di Planck Einstein presentava la sua teoria della “emissione stimolata” che si trova alla base del processo di rafforzamento della luce e che si basa sulla teoria del quantum di Planck.

La prima applicazione teorica Townes nel 1954 rende applicativa la teoria del rafforzamento dei raggi con il Townes nel 1954 rende applicativa la teoria del rafforzamento dei raggi con il “MASER ” (Magnetic Amplificationby Stimulated of Radiation) in cui le onde elettromagnetiche erano rafforzate dal principio di emissione stimolata. “MASER ” (Magnetic Amplificationby Stimulated of Radiation) in cui le onde elettromagnetiche erano rafforzate dal principio di emissione stimolata. Nel 1958 Townes conclude che era possibile applicare tale rafforzamento nel campo dei raggi visibili e in particolare della LUCE Nel 1958 Townes conclude che era possibile applicare tale rafforzamento nel campo dei raggi visibili e in particolare della LUCE

IL primo LASER 1960 Maimain presenta il suo primo “maser” a rubino 1960 Maimain presenta il suo primo “maser” a rubino 1961 Javan presenta “maser” ottico a gas (miscela di gas Elio e Neon) 1961 Javan presenta “maser” ottico a gas (miscela di gas Elio e Neon) DA ALLORA… DA ALLORA… Il nome “maser” fu cambiato in “laser” Il nome “maser” fu cambiato in “laser” per evidenziare l’azione nel campo delle onde luminose. per evidenziare l’azione nel campo delle onde luminose.

Cos’è la LUCE? Esattamente come la materia la luce ha due “anime” Esattamente come la materia la luce ha due “anime” Un carattere ondulatorio Un carattere ondulatorio Un carattere corpuscolare Un carattere corpuscolare

Le due anime CARATTERE ONDULATORIO: la luce è una perturbazione di un campo elettrico e di un campo magnetico che si propaga nello spazio. CARATTERE ONDULATORIO: la luce è una perturbazione di un campo elettrico e di un campo magnetico che si propaga nello spazio. CARATTERE CORPUSCOLARE CARATTERE CORPUSCOLARE Il raggio luminoso è un flusso di fotoni ciascuno dei quali trasporta un’energia.

CARATTERISTICHE ONDULATORIE Quest ’onda è caratterizzata da un periodo T (frequenza F =1/T) un periodo T (frequenza F =1/T) Una lunghezza d’onda L Una lunghezza d’onda L Si trasmette nel vuoto a velocità C=3.108m/sec Si trasmette nel vuoto a velocità C=3.108m/sec C= F X L C= F X L Cioè esiste un rapporto fra la frequenza e la sua lunghezza d’onda.

LA LUCE VISIBILE La parte visibile dello spettro, parte della quale è sensibile il nostro occhio è posta tra : La parte visibile dello spettro, parte della quale è sensibile il nostro occhio è posta tra : 10 alla 15esima e 10 alla sedicesima HERTZ cioè in lunghezza d’onda cioè in lunghezza d’onda Noi vediamo le luci tra i Noi vediamo le luci tra i 400nm (violetto) e 760 nm (rosso) 400nm (violetto) e 760 nm (rosso)

CARATTERISTICHE CORPUSCOLARI il raggio luminoso è un flusso di fotoni ciascuno dei quali trasporta un ‘energia che risulta uguale a il raggio luminoso è un flusso di fotoni ciascuno dei quali trasporta un ‘energia che risulta uguale a E= H X F Energia/h=cost. Planck /frequenza E= H X F Energia/h=cost. Planck /frequenza

EVOLUZIONE Max Planx affermava che l’energia di irradiazione elettromagnetica non era continua ma poteva essere frammentata in piccoli elementi denominati quanti. Einstein conferma questa teoria e afferma che anche la ropagazione dell’energia luminosa nello spazio si realizza sotto forma di piccole particelle i FOTONI FOTONI

Teoria dei quantum degli atomi QUANDO UN ELETTRONE CAMBIA DIREZIONE VIENE SCAMBIATA UNA DETERMINATA QUANTITA’ DI ENERGIA o QUANDO UN ELETTRONE CAMBIA DIREZIONE VIENE SCAMBIATA UNA DETERMINATA QUANTITA’ DI ENERGIA o QUANTUM di ENERGIA QUANTUM di ENERGIA

EMISSIONE SPONTANEA EMISSIONE SPONTANEA Quando un elettrone dell’atomo eccitato,dopo alcuni nanosecondi,torna alla sua orbita primitiva, possiede un surplus di energia che libera sotto forma di Quando un elettrone dell’atomo eccitato,dopo alcuni nanosecondi,torna alla sua orbita primitiva, possiede un surplus di energia che libera sotto forma di IRRADIAZIONE ELETTROMAGNETICA IRRADIAZIONE ELETTROMAGNETICA (o fotone) (o fotone) =LUCE =LUCE EMISSIONE STIMOLATA EMISSIONE STIMOLATA Quando un atomo si trova gia in una situazione di eccitazione può essere stimolato ad emettere un fotone. Quando un atomo si trova gia in una situazione di eccitazione può essere stimolato ad emettere un fotone. Questo si produce quando l’atomo entra in collisione con un altro fotone. Questo si produce quando l’atomo entra in collisione con un altro fotone.

Emissione stimolata Quando un elettrone allo stato primitivo assorbe un fotone si eccita e può irradiare spontaneamente energia liberando a sua volta un fotone. Quando un elettrone allo stato primitivo assorbe un fotone si eccita e può irradiare spontaneamente energia liberando a sua volta un fotone. Un atomo eccitato può anche essere stimolato per liberare un fotone quando viene toccato da un fotone esterno. Un atomo eccitato può anche essere stimolato per liberare un fotone quando viene toccato da un fotone esterno. I due fotoni avranno la stessa lunghezza d’onda ma il livello di ENERGIA del fotone entrato in collisione si accresce con il fotone ceduto dall’atomo. I due fotoni avranno la stessa lunghezza d’onda ma il livello di ENERGIA del fotone entrato in collisione si accresce con il fotone ceduto dall’atomo.

Luce e luce LUCE COMUNE LUCE COMUNE Onde non coordinate Onde non coordinate Diverse lunghezze d’onda Diverse lunghezze d’onda Incoerente Incoerente Più o meno bianca Più o meno bianca LUCE LASER LUCE LASER Coerente (concordanza di fase) tale da produrre rafforzamento della luce Coerente (concordanza di fase) tale da produrre rafforzamento della luce Monocroma Monocroma

LA MONOCROMIA è caratteristica essenziale Laser Argon = 500nm L = luce verde Laser Argon = 500nm L = luce verde Darà la sua energia agli elementi di un colore complementare, es. Le molecole di emoglobina della retina. Darà la sua energia agli elementi di un colore complementare, es. Le molecole di emoglobina della retina. Queste cellule di emoglobina evaporano per effetto della potente energia del laser e la retina verrà in questo modo selettivamente saldata al globo oculare. Queste cellule di emoglobina evaporano per effetto della potente energia del laser e la retina verrà in questo modo selettivamente saldata al globo oculare.

Utilizzo del laser in terapia fisica Se desideriamo raggiungere la retina scegliamo selettivamente un raggio laser verde LASER ARGON Se desideriamo raggiungere la retina scegliamo selettivamente un raggio laser verde LASER ARGON Se è nostra intenzione raggiungere sostanze sierose es. pelle è chiaro che dobbiamo lavorare nelle zone alte dello spettro cioè l’infrarosso. Se è nostra intenzione raggiungere sostanze sierose es. pelle è chiaro che dobbiamo lavorare nelle zone alte dello spettro cioè l’infrarosso.

La finestra terapeutica Esiste una finestra nella pelle permeabile alla luce laser e corrisponde alle lunghezze d’onda fra i 600 e i 1000 nm. Esiste una finestra nella pelle permeabile alla luce laser e corrisponde alle lunghezze d’onda fra i 600 e i 1000 nm. Queste corrispondono ai colori dello spettro del Queste corrispondono ai colori dello spettro del Rosso -laser elio-neon -632nm Rosso -laser elio-neon -632nm Infrarosso laser arsenio-gallio -904 nm Infrarosso laser arsenio-gallio -904 nm

A ciascuno il suo…. SOPRA i 1000nm SOPRA i 1000nm LASER CO2 LASER CO2 LASER CHIRURGICO Utile per le incisioni superficiali della pelle Utile per le incisioni superficiali della pelle Ma gli è IMPOSSIBILE PENETRARE NELLA PELLE È un bisturi luminoso ma NON TERAPEUTICO Sotto i 600 nm LASER argon (da 488 a 514 nm 9 luce verde blu STRUMENTO DI COAGULAZIONE STRUMENTO DI COAGULAZIONE Un tessuto pigmentato e rosso assorbe più di un tessuto non colorato Trattamento in dermatologia di macchie o tatuaggi Trattamento in oftalmologia

EFFETTO TERAPEUTICO Si ottiene con le frequenze non distruttive e consiste nello Si ottiene con le frequenze non distruttive e consiste nello EFFETTO BIOSTIMOLANTE EFFETTO BIOSTIMOLANTE

Nella chimica del laser… V è un accumulo di fotoni e e questo metodo progressivo è energicamente più vantaggioso come un catalizzatore. V è un accumulo di fotoni e e questo metodo progressivo è energicamente più vantaggioso come un catalizzatore. Questo effetto è tipico della luce laser in campo rosso o infrarosso. Questo effetto è tipico della luce laser in campo rosso o infrarosso. Disponiamo di un mezzo che stimola il metabolismo cellulare in modo specifico Disponiamo di un mezzo che stimola il metabolismo cellulare in modo specifico Legami ricchi di energia per trasformare ADP in ATP. Legami ricchi di energia per trasformare ADP in ATP.

La spiegazione IL lavoro del Prof. U. WARNKE IL lavoro del Prof. U. WARNKE Ha scoperto che una radiazione luminosa di 900nm (infrarosso) - accelera la sintesi di ATP Ha scoperto che una radiazione luminosa di 900nm (infrarosso) - accelera la sintesi di ATP Influenza il consumo di glucosio Influenza il consumo di glucosio Strettamente correlata dalla dose e dalla frequenza della luce laser applicata Strettamente correlata dalla dose e dalla frequenza della luce laser applicata Ulteriori conferma da Wanke (Germania), Pollak (U.S.A) e Bolognani (Italia)) Ulteriori conferma da Wanke (Germania), Pollak (U.S.A) e Bolognani (Italia))

EFFETTI TERAPEUTICI IN MEDICINA

EFFETTO ANTI-INFIAMMATORIO per stimolo della fagocitosi,reazione immunologica EFFETTO ANTI-INFIAMMATORIO per stimolo della fagocitosi,reazione immunologica EFFETTO ANTI-EDEMA per vasomotricità laser indotta dei vasi linfatici (il doppio di quella fisiologica ) EFFETTO ANTI-EDEMA per vasomotricità laser indotta dei vasi linfatici (il doppio di quella fisiologica ) MIGLIORAMENTO del microcircolo t(studi statistici di P.Van del Brande su casi controllo in pazienti con tromboangioite obliterante, arterosclerosi, microangiopatia diabetica, m. di Raynaud) MIGLIORAMENTO del microcircolo t(studi statistici di P.Van del Brande su casi controllo in pazienti con tromboangioite obliterante, arterosclerosi, microangiopatia diabetica, m. di Raynaud)

CICATRIZZAZIONE DELLE FERITE per rigenerazione dei vasi linfatici CICATRIZZAZIONE DELLE FERITE per rigenerazione dei vasi linfatici EFFETTO ANTALGICO di pari passo con quello anti-infiammatorio e anti –edema EFFETTO ANTALGICO di pari passo con quello anti-infiammatorio e anti –edema A riposo esiste fra interno ed esterno una differenza di potenziale nelle mem brane neuronali di -70 mv, l’aumento della soglia del dolore è determinata da una diminuzione della permeabilità al sodio. A riposo esiste fra interno ed esterno una differenza di potenziale nelle mem brane neuronali di -70 mv, l’aumento della soglia del dolore è determinata da una diminuzione della permeabilità al sodio.

RIGENERAZIONE DEL NERVO RIGENERAZIONE DEL NERVO BIOSTIMOLAZIONE CELLULA DI SCHWANN per la produzione della mielina BIOSTIMOLAZIONE CELLULA DI SCHWANN per la produzione della mielina In corso recenti studi con metodica elettromiografica. In corso recenti studi con metodica elettromiografica.

Il laser è una bacchetta magica?