7. laserterapia in medicina 1.pdf
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
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Effects
on
nor-
of
Neu-
198s.
Tipe
lI
prelim-
/.
\'Vg\,\r,
Kots
fibre
NIed-
m
i98,
.
o:
LASER
TERAPIA
IN
MEDICINA
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
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LASER
I'acronimo
di Light Amplification by
Stimulated Emission
of Radiation
(amplificazione
di
luce
per
mezzo
di un'emissione
stimolata
di
ra-
diazioni); dalla
sua
prima
elaborazione
a oggi,
questa
tecnologia ha
trovato
un
campo
sempre
pir vasto
di applicazioni.
La prima
sorgente
di luce
laser
stata
messa
a
punto
nel
1960
da T.H.
Maiman;
tuttavia,
i
pre-
supposti
teorici
del
laser
si
devono ricercare
nel
modello atomico
di
Bohr,
concepito
tra il 1911
e
il
1913
e,
soprattutto, nella
teoria di Einstein
del
1917,
rigtardante
l'emissione
di
fotoni
da
parte
di
atomi
eccitati.
Sia
Einstein
che
Bohr
ottennero
Der
questi
studi
il
premio
Nobel per
la Fisica.
A partire
dagli
anni
'70,
i
laser
cominciarono
a
essere
utilizzati con
successo
in
ambito prima
chi-
rurgico e poi
medico, tanto
che in
quegli
anni ven-
ne
introdotto
il
concetto
di
laser
terapia.
Lo
sviluppo della
tecnologia
e
il
miglioramen-
to
delle conoscenze
degli effetti della luce
sull'or-
ganismo,
ha
portato
i laser
a
essere
attualmente
una delle
forme
di terapia fisica
pi
diffuse.
Il
termine
laser
sottintende I'impiego
di
radia-
zioni
"luminose",
cio collocate
attorno
alla
ban-
da della luce visibile, dall'ultravioletto all'infraros-
so;
queste radiazioni,
pur
non
essendo
ionizzanl|
possiedono,
in
realt,
elevate
quantit
energetiche.
Questa
definizione
del
laser
valida per gli
stru-
inenti fisioterapici
e
anche per
quelli
chirurgici;
tuttavia,
in
considerazione
delle attuali
conoscen-
ze
scientifiche,
appare invece
limitativa;
infatti,
so-
no
ora
realizzabili
anche laser
araggiX,
le
cui ap-
plicazioni
tecnologiche
sono
ancora da esplorare.
PRINCIPI
FISICI
E^^ISSIONE
STIMOIATA
Un'emissione di onde
elettromagnetiche simile
:i laser non esiste in
natura;
i quanti
d'energia o
::
tbtoni vengono naturalmente
emessi
dagli ato-
:i
a
seguito dell'eccitazione
degli elettroni,
che si
ttostano
su
orbite energetiche
pi
elevate.
Gli elet-
::r-ni
eccitati tendono
poi
a riportarsi
a
un livello
LA
LUCE
TASER
energetico
pir
basso e
pi
stabile
in un tempo
as-
sai breve,
variabile
nell'intervallo
tra
il
nanosecon-
do e
il
millisecondo;
questo
successivo
fenomeno
si
manifesta
con I'emissione
di un fotone
o
con
la
produzione
di calore.
Lemissione
naturale
dei
fo-
toni
awiene
con
modalit
del tutto
casuali; per
esempio,
una
lampadina
produce
calore
e
illumi-
na tutto lo
spazio
che la circonda per
un
determi-
nato
raggio
d'azione.
Il
laser nasce
dall'ipotesi
di creare
tn'emissione
stimolata
di fotoni.
Il
fatto
in
s assai
rilevante,
perch
ha
stravolto la
concezione galileiana
della
Fisica,
intesa
come insieme
di
fenomeni
naturali
da osservare,
al
fine
di
comprenderli,
riprodurli
e
ripeterli
in
maniera
coscienl.e.
Secondo questa
teoria,
se
un fotone interagisce
con un
atomo gi eccitato,
lo
induce
a
produrre
un
altro
fotone,
ottenendo infine
due
fotoni
iden-
tici
(Fig.
7.1).
Se il fenomeno
viene
moltiplicato
da
un'adeguata
stimolazione
energetica, nell'am-
bito
di un
sistema
atomico
omogeneo,
si realizza
allora
un'emissione
di numerosi fotoni
tutti
iden-
tici
al
primo,
coerenti per
energia e
frequenza.
Questa
emissione
coerente
la caratteristica
prin-
cipale delle sorgenti
laser.
INVERSIONE DI POPOIAZIONE
Il
processo
di
emissione
stimolata
non
produce
una radiazione
quantitativamente
appr
ezzabile se
non si
ottiene la cosiddetta
inversione
della
popo-
lazione
elettronica.
Per
raggiungere questo
fine, bi-
fb
fa
E1
137
tig.
7.1
-
Emissione
$imololo
difotoni.
-
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7
TERAPIA
FISICA
-
Nuovr
TrcNoioctr
tN MrotctNn
RAstLmlvl
sogna
riuscire
a
portare
contemporaneamente
la
maggior
parte
degli
atomi
di una
sostanza
idonea
a
uno
stato
eccitato
instabile.
Quando
il
numero
di elettroni
eccitati
supera
quello
dei
non
eccitati,
si
ha la
cosiddetta
inversione
di
popolazione.
La
diseccitazione
awiene
allora contemporaneamen-
te
in un
numero
di
elettroni
sufficiente
a
provoca-
relaradiazione
coerente,
tipica
del
laser.
Il
proces-
so
di
inversione
della
popolazione,
per
essere
man-
tenuto,
ha
bisogno
di
un
rifornimento
energetico
costante,
che
viene
definito
"pompaggio".
PROPRIETA
DELIA
RADIAZIONE
IASER
La radiazione
laser
possiede alcune
propriet
che
si
possono sintetizzare
in:
monocromaticit,
unidirezionalit,
coeren
za
e brillanza.
Monocromaticit.
-
Una
sorgente naturale
emette
quantit
variabili
di
radiazioni
in
bande
di
frequenza
continue.
Per esempio,
il sole
irradia
onde
elettromagnetiche,
con
una
banda
continua
che
spazia
dai
raggi
gamma
fino alf
infrarosso'
L
occhio
umano,
che
il
nostro
recettore
dedi-
cato alle
radiazioni
luminose,
in
grado
di vede-
re solo
la banda
da 400
nm
a 750
nm;
noto
co-
me altri
animali,
per esempio
i
serpenti,
siano
in
grado
di
percepire
una
banda
assai
pi ampia,
al-
largata
fino
all'infrarosso.
A
differenza delle sorgenti luminose
naturali,
I'emissione
laser
invece
monocromatica'
cio
costituita
da un'onda
elettromagnetica
di
una
so-
la frequenza.
Questa
peculiarit
dipende
essenzial-
mente
dalla
sorgente
che
ha
generato
la
tadiazio-
ne
laser.
Una
radiazione
monocromatica
facilita
la
selettivit
degli
effetti
sul
bersaglio.
Coerenza.-
Un'emissione
spontanea
di
energia
produce
un
insieme
di
onde
elettromagnetiche
di-
sordinate,
vale a
dire,
non
in
fase.
Le onde
elettro-
magnetiche
emanate
da
un
dispositivo
laser
sono
invece
tufte
in fase tra
loro,
presentano cio
gli
stessi
punti
nodali
e dunque
non
interagiscono
nel
tempo
e nello
spazio.
La
medesima
frequenza
(cio
la monocromaticit)
fa si
che
I'irradiazione
sia
composta
da onde
assolutamente
identiche,
sia
in senso
energetico
che
temporale.
Direzionalit.
-
La caratteristica
principale
di
una
sorgente
laser
il modo
i cui si
propagano
le
radiazioni
nello
spazio.
Infatti,
l'irradiazione
na-
turale
non ha
una
direzione
prioritaria;
pertanto'
la
radiazione
naturale
pu
essere
rappresentata
co-
me
un
cono la cui
base
si allarga
man mano
che
si
allontana
dalla
sorgente.
Ricordiamo
che
I'intensit
di
una
sorgente
lu-
minosa
naturale
decresce
con
il
quadrato della
di-
stanza
(Fi1.7.2):
I=W/S
1=W/4nP
(I
=
intensit,
\N
=
potenza,
S
=
superfi.cie
sferica,
n=3,l4er=raggio)
Una
sorgente
laser
per definizione
in grado
di
irradiare
fotoni
estremamente
collimati
nello
spa-
zio, aventi
cio
una
divergenza
trascurabile
(Fig.
7.3).
Infatti,
l'angolo
di
divergenza
trala
traietto-
ria dei singoli
fotoni
dell'ordine
dei
milliradian-
ti
(l
milliradiante
=
0,057o),
per
cui
la direzione
dei
singoli
raggi
pu essere
considerata
di
fatto
pa-
rallela
per
enormi
distanze
spaziali.
In
virt
di
questa
propriet,
stato possibile misurare
con
raggi
laser
distanze
tra
alcuni
corpi
celesti,
per
esempio
tra
la terra
e
la
luna,
con
un'accuratezza
dell'ordine
dei
millimetri.
Brillanza.
-
L'estrema
collimazione
della
sor-
gente
luminosa
laser
permette
la
concentrazione
fig.7.2
lrrodiozione
di
uno
sorgenle
nourole:
l'infensit
diminuisce
in
ne del quodrolo dello di$onzo.
funzio'
Fig.
7.3
-
Lo radiozione
loser
presenlo
rodiozioni
porollele;
non
subisce
lo
lEge
dell0
dispersione quodrofco in
funzione dello distonzo, lipico delle
sorgen'
i nafuroli.
t38
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
4/19
Lnsm
Trnapn
ru
MrorcrNl
7
u-
di-
di
spa-
pa-
di
per
sor-
funzio'
lo
di elevate intensit
su
superfici
di
piccolissime
di-
mensioni,
cio consente
di
raggiungere
enormi
densit di potenza.
Nessun
dispositivo
ottico di
convergenza
fornisce prestazioni
simili a
quelle
di
una sorgente
laser.
GENERATORI
DI
LUCE TASER
Un
generatore
di
luce laser
composto da
quat-
tro
elementi
base: il
mezzo
attivo, tl
sistema di
pom-
paggio,
il
sistema
di
risonanza
e
rl
sistema
di colli-
mazione
(Fig.7
.a).
MEZ]O
ATTIVO
costituito
da
sostanze
che, opportunamente
eccitate,
r ealizzano
I'
inversione
della
popolazio
ne
elettronica
e
generano
il
fascio
fotonico. La
com-
posizione
deI
mezzo
attivo determina
la
lunghez-
za
d'onda
della radiazione;
il laser
prende
di
nor-
ma
il
nome
del
mezzo
attivo
da
cui
generato.
Il
mezzo
attivo,
detto
anche
sorgente,
si trova
all'interno
del risonatore;
pu
presentarsi
in
tutti
gli stati
della materia) gassoso, plasma,liquido
e
solido
(Tab.
7.I).
Mezzo
attivo in
stato
gassoso.
-
In genere
il
gas
costituito
da
una
miscela.
Ne sono esempi
il
la-
ser a
elio-neon
(He-Ne)
e il laser
ad anidride
car-
bonica
(COr);
in
quest'ultimo,
all'anidride
carbo-
nica
si
trovano associati anche
altri gas
quali,
azo-
to.
elio
e
xenio.
Mezzo
attivo in
plasma.
-
Il
plasma
uno sta-
to
della
materia
in
cui
gli
elettroni
sono separati
dagli
atomi e
dalle molecole; nel mezzo
attivo
si
trovano elettroni
liberi
e
ioni. Il pi noto
laser al
plasma
quello
ad
argon
(fluorite),
che viene
mezzo
attivo
collimatore
fascio
laser
95% R
+
7.4
-
Schemo di un
generotore
loser: mezzo
otivo, sislemo di
pompog-
;io,
risonoore
o
specchi
e collimotore.
pompato
in gas,
poi
attivato
a
plasma.
Altri
mez-
zi
attivi
simili
sono
quelli
a base di
kripton
e xe-
non.
Mezzo attivo
in
stato
liquido.
-
I laser
a sorgen-
te liquida pir
comuni sono i cosiddetti laser
a co-
loranti
(dye-laser).
La
loro
caratteristica
I'accor-
dabilit della frequenza
(tunable
laser),
consisten-
te nella
possibilit
di variare la frequenza
della ra-
diazione modificando il
gradiente
del colore.
Per
esempio, la
rhodamina,
che
emette
una radiazio-
ne nel rosso
visibile
attorno a
620 nm.
consente
una variazione
di
frequenza
dell'ordine
dei 200
nm,
in
relazione
al gradiente
di
colore
scelto. Il
problema
dei laser
a
coloranti
costituito
dal-
l'estrema
tossicit
del
mezzo
attivo;
alcuni
sono
potenzialmente
cancerogeni.
Mezzo
attivo
solido.
-
I
pi
rappresentativi
tra
i
laser a sorgente solida sono
il
neodimio
YAG
(Nd:YAG)
e i laser
a semiconduttori.
Nel
primo, la
sorgente
costituita
da un cristallo
di ittrio-allu-
mino-granato
(YAG)
che funge da
accettore
di
elettroni
del
neodimio.
I
laser
a semiconduttori
sono spesso
chiamati
anche laser a diodi;
il
mezzo
attivo
rappresenta-
to da
un
semiconduttore,
contenente
elementi do-
natori
di elettroni
(per
esempio
I'arsenico),
accop-
piato
ad
altri
elementi
accettori
di
elettroni,
quali
per
esempio,l'alluminio e
l'indio.
Il pi
noto il
Ga-As che anche
uno
dei
laser
biomedicali
"sto-
rici"
ancora
in
uso.
SISTEMA
DI POMPAGGIO
il
sistema che rifornis
ce il
mezzo
attivo
del-
I'energia necessaria per
creare
lo
stato
di
eccita-
zione atomica per I'inversione
della
popolazione.
Il
tipo di
energia pu
essere
ottico,
elettrico o
chi-
mico.
Il
pompaggio
ottico pu
essere rappresentato
dal
"flash"
di una
lampada.
Il
laser
a rubino
e di-
versi laser
a
coloranti
utilizzano
questo
sistema.
Alcuni
laser
a
Nd:YAG impiegano
un
sistema
pi
evoluto,
costituito
da
un'altra
sorgente laser
che eccita lI mezzo
attivo.
Il
pompaggio
elettrico
un altro metodo molto
comune:
la
maggior parte
dei laser
a
gas
se
ne
ser-
ve. Per dare
inizio
all'eccitazione
richiesto
un
voltaggio
assai
elevato;
successivamente, il
r-oltag-
gio viene abbassato
e
portato
a
un
livello
di man-
tenimento.
Il
pompaggio
chimico
costituito
dall'energia
liberata
da una reazione di
"legame",
opportuna-
t-:.
\
"trt
il*
i
ffi
po
100%R
t39
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
5/19
Z
TERAPIA
FISICA
-
Nuovr
TrcNoLoor rN
MeorctNn
RAstLrmrvl
mente pilotata.
Diversi
laser
a coloranti
si
basano
su
questo
sistema.
RISONATORE
detto
anche cavit
ottica;
nel suo
schema ba-
se
costituito
da
un cilindro
cavo
avente
agli estre-
mi
due specchi,
uno
riflettente al 100o/o,
I'altro
al
95-98o/o.Le radiazioni che si
generano
nel mezzo
attivo
presente
all'interno del
cilindro si riflettono
ripetutamente
da uno
specchio all'altro.
La lun-
ghezza
del
cilindro
deve
essere
un multiplo
o
un
sottomultiplo
della lwghezza
d'onda
che
si
vuole
selezionare.
L=nxlv/2
(L
=
lunghezza
risuonatore,
n
=
moltiplicatore,
)"
=
lunghezza
d'onda)
Solo le
radiazioni
della
lunghezza
d'onda ade-
guata
e con
la
direzione corretta possono
colpire
in
fase la piccola
apertura
dello
specchio
parzial-
mente
riflettente
(dicroico);
le altre
vengono assor-
bite dalle
pareti
laterali
del
tubo. Dal
tramite del-
lo specchio
dicroico escono le
radiazioni
coerenti
tipiche del laser.
SISTEMA DI
COLLIMAZIONE
il
dispositivo che determina la forma
finale
del raggio
laser,
cio
1o
"spot",
che
pu
essere
pi
Iob. 7.1
-
Corolteristkhe dei mezzi
otfivi
dei loser
pi
diffusi.
o meno ampio
in funzione
dello scopo
a cui
il
rag-
gio
destinato.
MODALITA
DI
EROGMIONE
Gli apparecchi laser
possono
erogare
la radia-
zione
in
maniera continua
e
cio
con intensita
co-
stante
per
tutto
il
tempo di
erogazione,
oppure
in
modalit
pulsata
con pacchetti di impulsi
a
fre-
qtenza
variabile
(Fig.
7.5 A,
B,
C
e
D).
Modalit
continua
(continous
wave
o
CW.
-
In
questa
modalit
la
radiazione
viene
emessa a
poteza
costante per
tutto
il periodo
di
erogazio-
ne.
Gli effetti
dell'interazione
di
questa
radiazione
con un
organismo dipendono
esclusivamente
dal-
la possibilit
di
penetrazione
e di
trasferimento
di
energia al substrato.
Per
diversi laser
di
bassa
po-
tenza l'emissione
in modalit
continua
una con-
dizione
necessaria per
poter
trasferire
ai tessuti
una sufficiente
dose di energia. Il
discorso
diver-
so per i laser
di
altapotenza,
dove
I'energia
dispo-
nibile
pu
essere
usata per fini
assai
differenti, per
esempio antalgico
o stimolante.
Il
puntamento
pu
essere
fisso
o
a scansione,
a
seconda
che la
sorgente
di
luce venga
spostata
o
no durante
l'erogazione.
Modalit
pulsata
Qrulseilwaye
o
PW.-
In
que-
sta
maniera viene
esaltato
l'effetto stimolante
del-
r'i:l::,t.
.,i
...
::r.4,:'
i,,1:t,.
,:
mEzzo
ATTtvo TUNGHEZZA D'01{DA
(nm}
COLORE EMtSSt0t{E
GAS
flio-Neon
Hio-Codmio
Vopori
di
Ro, Au
Biossido
di
C
(COr)
Azofo
33
+
594
543
+
32
325
+
441
627
+570
I
0.00
337
roso-giollo
verde-oroncio
UV-violelo
Roso-giollo
FIR
UV
CW
CW
CW
CW, PW
PW
Kdpton
,,
,J-.&,,rri'x
r93
222
308
,
ia:atii
'aaa'aa:
':*.1,
M,
LIQUIDO
Coloronti
(Dye)
Rhodomina
570:
50
UV.NIR-VIS
CW
PW
9S100
&rbioo
Semiconduttori
:i60-As;
Go-Al-k)
i
li(ru6;r1o'Y46
'
94
,,.'_
BOa+t$r,
l04:i.'
PW
Cl/l/
Pl,V
CW,
PW
I
_t1l
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
6/19
in
a
di
er
a
o
t
tig.
7.5
A, B, C,
D
-
Loser.
A) emisione
continuo
fiso;
B)
sconsione;
-
:missione
pulsotu;
D)
Oswitch.
Lqsrn
TTRApA
rN MEDtctNA
7
la
radiazione
laser. Gli
impulsi
possono
essere
emessi
secondo
una
frequenza
assai
varia,
per
esempio,
da
1
a
20.000 Hz.
Questa
fiequenza
non
deve essere
confusa
con
la
frequenza
propria
del-
la
radiazione
luminosa,
la
quale,
per quella
sorgen-
te,
sempre
Ia
medesima.
Nei
laser
pulsati
vi
un
tempo
attito
{
-orl
)
rappresento
dalla
durata
dell'impulso,
e
un
tem-
po
non
attivo
(r-oft)
in
cui
I'intensit
deLla
luce
uguale
a
zero, detto
pausa.
Si
definisce
periodo
(T)
la somma tra
il
tempo
attivo
e
la
pausa.
Linverso del
periodo
(1/T'1
rap-
presentato dalla
frequenza.
Per duty
cycle si
intende il
rapporto
tra
ii
tem-
po
attivo
e
il
periodo
(^c-on/T)
e
pu variare tra
0
e 100o/o .
Q-switch.
Si
tratta
dell'emissione
di
impulsi ad
altissima
potenza
di
picco,
dell'ordine di
milioni
di
W,
della
durata di
pochi
ns.
Questo
sistema
esprime
un
effetto
fotomeccanico
particolarmen-
te spiccato
e
non attualmente
usato
in
Fisiotera-
pia'
UNITA
DI MISURA
DEI IASER
SPOT
SIZE
I'area di
distribuzione
della
radiazione
laser
sul bersaglio;
si
misura
in centimetri
quadrati.
La
dimensione dello spot
del laser
un
parametro
es-
senziale
nell'interazione
laser-tessuto.
Infatti,
al-
I'incremento
dell'area
dello
spot
corrisponde
sia
un aumento
dell'omogeneit
del
fascio
luminoso
che
attraversa
i
tessuti
sia
una
diminuzione
degli
angoli
di scattering
dei
fotoni,
con
minore
disper-
sione
della
luce. Complessivamente'
I'incremento
dell'area
dello spot
favorisce
la trasmittanza
del7a
luce
laser
attraverso
i
tessuti
biologici.
Dallo spot dipendono
due
grandezze
importan-
ti
per
un
trattamento:la
densit
di
potenza e
la
densit
di energia,
correlate
tra
loro
dal tempo
di
erogazione (vedi
oltre).
POTENZA
La
potenza P
l'energia
espressa
nell'unita
dr
tempo
e si
misura in
Watt.
Essa determinata
dal
livello energetico
dei
fotoni
emessi.
Nei
laser
pulsati si distingue
1a
potenza
di
pic-
co dalla
potenza
media.
Potenza
di
picco
(Pp)
-
Consiste
nel
piu
alto
livello
di
potenza
raggiunto
dalf
impulso
l4t
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
7/19
z-'r'
TERAPIA
FlslcA
-
Nuovr
TrcNoLoor
rN
MrorcrNR
RAsrLranvn
Potenzamedia
(pm).
il
valore
medio
della
po_
tenza
espressa
durante
il
tempo
attivo
di
tuttigli
impulsi
emessi
nell'unit
di tempo.
Pm
=
Pp xr-onxf
twl
Doye
Pm
la
potenza
media,
pp
la
potenza
di
picco,
't-on
la
durata dell'impulso
e
f
la
frequenza
di
emis
si o
n e dell'
imp
uls o.
A
volte
il
calcolo
della potenza
media
che
un
laser pulsato
in
grado
di
sviluppare
pu
esse_
re
di
difficile
valutazione,
perch
la
frequenza
pu
presentare
una
grande
ampiezza
di
valori.
Si
pu
fare
una
valutazione
approssimativa
del_
la
Pm
considerando
una
freqienza
standard
di
5
kHz.
Per
esempio,
nel
caso
di
un
laser
diodico
di
904
nm
pulsato
di
cui
si conosca
solo
la
potenza
di
picco
(Pp
=
25
W)
e
la
durata
di ogni
sngolo
im_
pulso (in
genere
il
laser
diodo
pulsato
di
904
nm
haunx-on
compreso
tra
100
e
200
ns),
-on
=
100
ns:
Pm
=
25
W x
l00x
l0
e
s
x
5000
Hz
=
12,5
mW
,-on
=
200
ns:
Pm
=
25
W x
200
x
l-e
s x
5000
Hz
=
25
mW
Densit
di potenza (intensit).
-
La
potenza
del
laser
pu
provocare
effetti
assai
diversi
in funzio-
ne
della
densit
con
cui
viene
erogata,
per
cui
meglio
esprimerla
in
termini
di
densit
di
poten_
za.
Questa
grandezza
indica
la
potenza
per
unit
di superficie
e per
il
laser
il
rapporto
ta
la po-
tenza
e la
dimensione
dello
spot
su
cui
si
distribui-
sce
il
fascio
luminoso.
A parit
di
densit
di potenza,la
dimensione
del_
lo
spot
inversamente
proporzionale
alla
potenza
p
I
=
p/
cm2
[w/cm2]
N.B.
L
unit di
superficie
in
Fisica
e
nei
sistema
interna_
zionale
il
metro
quadrato
(-2),
pe,
cui
la
densit
di
potenza
si
misura
in
W/m2.
In
campo
medico
e
in
par_
ticolare
nel
mondo
del laser,
pi
agevole
considerare
il
centimetro
quadro;
la
definizione
esatta
delle
misura_
zioni
che
seguono
sarebbe
dunque:
potenzaper
centi_
metro
quadro.
Dato
lo
scopo
divulgativo
e
non
specula_
tivo
del presente
libro,
esprimiamo
impropriamente
la
densit
di
potenza
con
il
rapporto
Wcm2.
ENERGIA
la
potenza
erogata
nel
tempo
(E
=
p
x
r
).
Si
distingue
I'energia
totale
dall'energia
per
unit
di
superficie,
detta
densit
di
enereia.
Energia
totale.
-
Indica
la
quantit
di luce
che
viene
somministrata
nel
tempo
totale
di
ogni
esposizione;
si
misura
in
Joule
[J].
_.
Densit
d'energia
o fl:uenza.
_
Rappresenta
I'energia
per
unit di
superficie.
In
campo
medi_
co si
esprim
e
in
I
lcm2, Oltre
ai
concetti
g
.rpr..-
si
per
la
densit
di potenza,
questa
grandezzatie-
ne
conto
anche
del
tempo
di
applicazione
del la_
ser; infatti,
per
i
laser
continui,
la
densit
di ener_
gia
si
ottiene
moltiplicando
la
densit
di
potenza
per
il
tempo
di
erogazione.
Laser
continui:
F
=
I
[W/cm2]
x
tempo
[s]
[l/cm2]
N.B.
Nei
laser
pulsati,
entra
in
campo
la
frequenza
di
ri_
petizione
degli
impulsi;
per
questo,
come
abiumo
vrsto,
necessario calcolare la potenza media.
La
densit
di
energia
il
parametro
che
ci
per_
mette
di
interpretare
al
meglio
i protocolli
aei
ai_
versi
tipi
di
laser
terapia.
Infatti,
se
trattiamo
una
superficie
di
I
cm2
per
10
secondi
con
un
laser
di
10
W di
potenza,
avremo
una
fluenza
di
100
Ilcm2;
se
esponiamo
una
superficie
di
10
cm2
alla
stessa
potenza
per
lo
stesso
tempo,
allora
la
fluen_
za
sar
di
I0Ilcm2.
Per
calcolare
I'energia
necessaria
a
un
tratta_
mento
possono
essere
utili
le tabelle
numeriche
di
riferimento,
in
genere
fornite
dal
costruttore.
In
tabella
7.II
abbiamo
indicato
uno
schema
molto
semplice
per
il
calcolo
dell'energia.
Iob.
7.ll
-
Erogozione
di
I
J
in
funzione
dello
potenzo
medio
e
del
fempo
di rottomento.
l
*f
**
142
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
8/19
fa5sp
JsBap6
N
MDtoFlA
T
che
ogni
tie-
di
ri-
di-
una
di
100
alla
di
Alcuni
apparecchi
consentono
all'operatore
di
prestabilire
il
dosaggio
inllcm2,mentre
il softwa-
re
calcola
poi
automaticamente,
in
base
alla
fre-
qtJenza
e alla potenza,
il
tempo
necessario
per
ese-
guire
il
trattamento.
Altri
segnalano
la dose
di
energia
totale
erogata,
a
intervalli
di tempo
prefis-
sati,
in
genere
ogni secondo.
Fluenza
dell'impulso.
-
Corrisponde
all'ener-
gia
erogata
durante
ogni
singolo
impulso;
si
mi-
sura
f/cm2.
La
stessa
energia pu
essere
erogata
in
maniera
assai
differente:
con potenze
di
picco
molto
elevate
e di breve
durata
(per
es.:
nanose-
condi
o
microsecondi),
oppure
con
una
bassa
po-
tenza
di picco
e
un tempo
attivo
prolungato (per
es., alcuni
millisecondi).
Gli effetti
di questa
diffe-
rente
modalit
di
emissione
sono
assai
diversi,
in
relazione
soprattutto
all'incremento
termico
in-
dotto.
EFFETTI
BIOLOGICI
DEL
IASER
In
base
a quanto
detto,
I'energia
assorbita
da
un
tessuto
esposto
a un
raggio
laser
dipende
dalla po-
tenza
(W),
dalla
modalit
di
erogazione
della
po-
tenza
(PW
o
CW),
dal
tempo
di
esposizione
e
in-
fine
dalla
superficie
irradiata
(spot).
Tirttavia,
le interazioni
della
luce
laser
con
i
tes-
suti biologici
dipendono
anche
da una
serie
di
al-
tri
fattori,
alcuni
relativi
ai
tessuti irradiati,
altri
al-
le caratteristiche delle
r
adiazioni luminose.
Per quanto
riguarda
i
tessuti,
la
prima
intera-
zione
alrriene
con
la
cute.
Com' noto,
lo
spesso-
re
della
cute
varia
notevolmente
da individuo
a in-
dividuo,
ma
anche
nelle
diverse parti
corporee
del
medesimo
individuo.
Lo
spessore
della
cute
in-
flienza
il
grado
di
attenuazione
del
raggio
inci-
dente;
tuttavia,
la
cute
non
rappresenta
una
bar-
riera
invalicabile
per
i
raggi
luminosi
laser.
I1
colore
della
cute
molto
importante;
estre-
mizzando
il
concetto,
il
colore
bianco
induce
la
maggiore
riflessione
mentre
il
nero
il
maggiore
as-
sorbimento, con
tutte
le
possibili gradazioni
inter-
medie.
La
lucentezza
della
cute,
come pure
la
presenza
di peli,
favorisce
la riflessione
del raggio
laser.
Se il
laser
supera
la
cute,
subisce
poi
nel suo
percorso
diversi
fenomeni
ottici
(Fig.
7.6).
FENOMENI
OTTICI
Riflessione.
-
Un'aliquota
della radiazione
inci-
dente
non
penetra
nel
tessuti,
ma
viene
riflessa
Fig.
7.
-
Interozioni
del roggio
loser
con
i tesuti
biologici.
con
un angolo
uguale
all'angolo
incidente.
In
via
molto
approssimativa,
si ritiene
che
in
un indir-i-
duo
di
razzabianca
e
glabro,l'entit
della
rifles-
sione
sia
attorno al
l0-20o/o.
Per
minimizzare
rl
fe-
nomeno
della
riflessione,l'angolo
del raggio
inci-
dente
con
il tessuto
deve
essere
il
pi
vicino
pos-
sibile
a
90".
Trasmissione.
-
Indica
la
frazione
della
luce
che,
attraversata
la
cute,
subisce
lungo
il
decorso
una
serie
di
fenomeni,
quali
la
diffusione
e l,assor-
bimento.
Diffusione
(scattering)
.
-
La particolare
rifra-
zione
a
cui
un
raggio
luminoso
va
incontro
nei
tessuti
sottocutanei
viene
chiamata
diffusione
o
scattering.
Lo
scattering
awiene
in
direzioni
mul-
tiple,
apparentemente casuali,
in
relazione alle
mo-
lecole
con
cui i fotoni
si trovano
a
interagire.
Sem-
plificando,
si osserva
un
forward
scattering
se
i
fo-
toni
vanno nella
stessa
direzione
del
raggio
inci-
dente
e
tnbackwqrd
scattering
se i fotoni
si
diri-
gono
in
direzione
opposta.
Il
sottocute
pu
essere
rappresentato
schemati-
camente
come
una
sospensione
colloidale
aniso-
tropa;
ricordiamo
che
con
il
termine
anisotropo
si
intende
1o
stato
fisico
di
alcune
sostanze,
specie
cristalline,
in
cui i
valori
dell'indice
di rifrazione
e
di conducibilit
elettrica
yariano
a seconda
della
d
irezione considerata-
I
fenomeni
di
diffrrsione
sono
influenzati
note-
volmente
dall'indice
di
rifrazione
del tessuto
da
at-
traversare;
pi
il
tessuto
disomogeneo,
pi
lo
scattering
evidente.
Assorbimento.
-
la
cessione
finale
dell'ener-
gia
al tessuto.
fassorbimento
un
fenomeno
di-
pendente
da
una
molti
fattori,
in particolare.
da
alcune
sostanze
presenti
all'interno
dei
tesr;ir:-
chiamate
crontofori.
i
I
I
l
l
l
I
t43
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
9/19
7 TERAPIA
FISICA
-
Nuovr
TrcNoLocrr
rN
MrolcrNa
RAstlrAnva
Cromofori.
-
Come abbiamo
visto,
I'assorbi-
mento
di
una
determinata
radiazione
da
parte
di
un
tessuto
correlato
alle
caratteristiche
chimico-
fisiche
della struttura irradiata.
La luce
del laser interagisce
soprattutto
con
par-
ticolari
molecole presenti nel
tessuto, dette
cromo-
fori, le quali
assorbono la radiazione
in
maniera
selettiva in
funzione della lunghezza d'onda.I
cro-
mofori
possono
essere
endogeni
se
prodotti
dal-
I'individuo;
oppure esogeni,
se
sono
introdotti
dall'esterno.
I
cromofori
endogeni pi
noti e pi quantitati-
vamente
rappresentati
nell'organismo
sono: l'ac-
qua,l'emoglobina,la
melanina,le
proteine
e
gli
am-
minoacidi.
La percentuale
relativa
dei
cromofori
diversa
da
tessuto
a tessuto.
Vediamo ora
come
variano
i
fenomeni
di
as-
sorbimento
da parte
dei
cromofori
in funzione
della lunghezza
d'onda della
radiazione
laser
(Tab.
7.iII).
Nella banda
dell'ultravioletto
(UV
,
=
100
+
400
nm)
predomina
I'assorbimento
da
parte
di:
melanina,
proteine
e
acidi nucleici,
specie
per
le
radiazionitra200
nm
e
350
nm.
Nella
banda del
visibile
(),
=
400
+
760
nm) l'as-
sorbimento
e la diffusione
sono paragonabili.
i
principali
cromofori
a
cui
le
ndiazioni
luminose
visibili
sono
sensibili
sono:
melanina
e
porfirine
(emoglobina
e
mioglobina).
Nella banda
del
vicino infrarosso
(NIR,
?v
=
760
+
1400
nm) la
diffusione
predomina
sull'assorbi-
mento
e
debole
la
recettivit
di tutti
i
cromofo-
ri
naturali.
Nella
banda del lontano infrarosso
(FIR,
?,,
=
Tob.
7.lll-
Cromofori di osorbimeno
dei
principoli
loser
Visibile:
blu-verde
Dye loser
Visibile: vori
colori
Visibile:
giollo"verde
Visibile:
roso
1400
+
10.000
nm) vi
un
assorbimento
quasi
esclusivo
da
parte
dell'acqua.
I laser
che
presentano
una Iwghezza
d'onda
compresa tra
600
e
1200
nm
vengono
dunque
scarsamente
assorbiti
a
livello
superficiale
e
riesco-
no
a
penetrare
in profondit
nei tessuti.
Per
que-
sto
motivo
si
privilegiato
I'uso di queste
frequen-
ze
in Fisioterapia
e
in
altre branche della
Medici-
na.
Questa
stretta
banda di frequenze
detta
fine-
stra terapeutica
(Fig.7
.7).
PENETRMIONE
E
DENSITA
DI POTENZA
Oltre
che
dalla
presenza
dei cromofori,
l'assor,
bimento
di un'emissione
laser
fortemente
con-
dizionato
dalla
capacit
di
penetrazione
propria
del
fascio
luminoso.
La
penetranza
della
luce dipende
a sua
volta
da
diversi fattori,
tra cui,
i
principali
sono:
1a lunghez-
za d'onda,
il
diametro
dello
spot e I'intensit
del-
la
radiazione.
Lunghezza
d'onda.
-Abbiamo
visto
come le
ra-
diazioni
siano tanto
pi
penetranti
quanto
mag-
giore
lalunghezza
d'onda; questo
almeno
teori-
camente,
in assenza
dei
cromofori
specifici.
Spot.
-
La
penetranza
della
luce
tanto
pi
ele-
vata quanto
maggiore
iI
diametro
dello
spot,
perch questa
condizione
aumenta
il
volume
del
rnezzo
irradiato
nell'unit
di tempo
e
riduce
gli
angoli
di
scattering
(Zhao,1938).
Purtroppo, la
densit
di
potenza
inversamen-
te
proporzionale
alla dimensione
dello spot,
per
cui,la condizione migliore
quella
di
disporre
di
radiazioni
laser
di
elevata
potenza,
erogate me-
diante spot
di dimensioni relativamente
grandi.
l"
(nm)
CROMOFORO
+++
melcnino,
++
profeine,
++
cc. nudeici
+++
melonino,
++
emoglobino
l 2,
33 ++
melonino,
++
deosiemoglobino
+++
melonino, +++
pigmenfi
blu e verdi
805 + 980
+
melonino,
+
deosi-emoglobino
I
04 +
melonino,
+
osiemoglobino
I 0.00
+++
0cqu0
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
10/19
Lnsrn
Trnnpn
n Mmrcrrua
7
da
di
10
1
1'o-2
10-+
i9.7.7
-
Finesiro
eropeutico:
bondo
compreso
tro
00 nm
e
,l200
nm.
Intensit.
-
Sappiamo
che l'intensit
della luce
che attraversa
una
struttura
omogenea
decresce
esponenzialmente
secondo
la
legge
di
Lambert-
Beer:
I
(profonda)
=
I
(incidentu)
e
(*Pz)
N.B.
p
rappresenta
il
coefficiente
di assorbimento.
Pertanto,
I'intensit
della luce laser
nei
tessuti
profondi
direttamente
proporzionale
all'intensi-
t
della luce
incidente sulla
superficie
cutanea
(Hode,
2004).
Per
questo
motivo,le radiazioni
di
bassa intensit all'emissione hanno
poche
o
nes-
suna
probabilit di
evocare effetti
biologici in pro-
fondit
(Fig.7.8).
Si
ritiene
che sotto
il limite
di
10-s
Wcm2
(0,01
mWicm2) non
vi
siano apprezzabili effetti
biosti-
molanti,
anche
con
tempi di
esposizione superio-
ri a 100
secondi
(Karu,
1993).
Quando
le
radiazioni
laser
vengono
assorbite
da
0 1
2 3
4
Profondit(cm)
Ftg.
7.S
-
Attenuczione del roggio loser nei tessui in funzione
dello densit
dipotenzo:
soilo
lo
soglia
di0,0 mW/cmz
non si honno
effefii
biologici.
un
tessuto, si
possono
determinare
diversi
tipi
di
effetti biologici.
EFFETTI
BIOLOGICI
Effetti fotochimici.
-
L
energia
del laser
assor-
bita
dai
cromofori
in
grado
di provocare
modi-
ficazioni
biochimiche
nel
tessuto irradiato,
attra-
verso meccanismi
di fotoinduzione.
fotodissocia-
zione,
foto
sensib ili
zzazione
e foto
conversione.
In
particolare,
a livello
cellulare viene
favorita
I'atti-
vazione
enzimatica, l'incremento
della
sintesi
di
acidi
nucleici e delle proteine
e I'incremento
degli
scambi metabolici. Le
interazioni
biochimiche
sembrano
essere
le
maggiori
responsabili degli
ef-
fetti antiinfiammatorio,
antiedemigeno, antalgico
e biostimolante.
Effetti fototermici.
-
Il
riscaldamento
dei tessu-
ti
awiene
per
conversione
dell'energia elettromec-
canica in energia
termica;
si realizza
a
seguito
del-
le vibrazioni
e
delle
collisioni
tra
gli
atomi
eccita-
ti.
Gli effetti
del riscaldamento
tessutale
dipendo-
no
dalf intensit,
dalla htnghezza
d'onda
e dal
tempo
di
esposizione
alla radiazione.
Essi
vengo-
no sfruttati in
Medicina
e Chirurgia in
relazione
alle temperature
raggiunte
(Tb.
7.IV).
Gli incrementi
di
temperatura
fino a 42oC pro-
muovono gli
effetti
anabolici,
analgesici
e antin-
fiammatori
tipici dei
laser
terapeutici.
Nell'intervallo
termico
compreso rra 42"C
e
46"C
il metabolismo
tessutale
rallenta
progressi-
vamente, fino
a
fermarsi; l'eventuale
danno
termi-
co indotto al
tessuto
ancora reversibile.
Tra 46"C
e
100'C
si
determinano
in
successio-
ne:
denaturazione
proteica
e lipidica,
alterazioni
o
C
q)
c
'
o
;
o
.o
E
q)
O
I
j
I
I
i
I
E
o
=
(
{
=
c
o
o
000
t45
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
11/19
7, TERAPIA
FISICA
-
Nuovr
TrcNoLocrr
rN
MrorcrNl
RngrurAnvl
I
40 +
42'C
I
Sfimolozione
onabolico deitesui
t
*..*----r"-
i
42
+
46"C
I
Rollentomento
delnetubolismo (revenibih)
i
4 +
100"(
i
Necrosi
coogulonfe
(inevenibile)
1
',-
146
Iob.
7.lV
-
Effettitermicidelle
rodiozioni
loser
I
EFFETTT
DEt
m[oRE
SUtTESSUTI
Ebollizione
-
voporizzozione
Corbonizzozione
enzimatiche
e
necrosi
irreversibile
dei
tessuti
(fo-
tocoagulazione).
A 100"C
si ha
ebollizione
e vaporazione
dell'ac-
qua'
Quando
I'acqua
tessutale
evapora
completa-
mente, la
temperatura
sale
rapidamente
anche
fi-
no
a 300oC,
con la
carbonizzazione
del
tessuto.
tazione
termica
alla
base
dell'utilizzo
del
la-
ser in
Chirurgia; in
questo
ambito, il
raggio,
estre-
mamente
collimato, incide
i
tessuti
come
un bi-
sturi, mediante
vap otizzazione.
La
cauterizzazio -
ne
istantanea
dei piccoli
vasi
evita i1
sanguinamen-
to, favorendo
una cicatrizzazione
veloce
ed
esteti-
camente
valida.
Inoltre,
il laser
a questa
densit
di
polenza,
possiede
un'azione
batteriostatica.
Infi-
ne, in
Chirurgia
Oncologica,
viene
minimizzatala
possibilit
di
diffusione
delle cellule neoplastiche
du
rante
gli
interventi.
Effetti fotomeccanici.
-
Linterazione
tra
un
im-
pulso
luminoso
ad alta
energia
e
un mezzo
fisico
genera,
nel mezzo
stesso,
la formazione
di
onde
elastiche
di
pressione
che
si
propagano
con la me-
desima
direzione
e
verso
dell'impulso
che le ha ge-
nerate.
fintensit
di
queste
onde direttamente
proporzionale
alla
potenza
di
picco
dell'impulso
e
inversamente
proporzionale
alla durata
dell'im-
pulso
stesso.
Quindi,
per
ottenere
delle
onde pres-
sorie valide,
l'impulso
luminoso
deve
essere
mol-
to
breve
e di
elevata potenza
di
picco.
lltllizzando
laser
ad
alta potenza,
con impulsi
di durata
infe-
riore
al microsecondo,
possiamo
avere
altri
due ti-
pi
di effetti
fotomeccanici:
-
Ablazione:
il
laser
di
potenza
rompe
i legami
proteici
nelle zone
superficiali
del tessuto
sotto-
posto
ai
raggi,
liberando
gli
elettroni
e
le mole-
cole ionizzate,
che generano
forze
repulsive
nel-
le
regioni
aventi
la
stessa
polarit.
Il
risultato
fi-
nale
un'ablazione
limitata
alla
parte
superficia-
le del
tessuto.
Affinch
il
fenomeno
si
realizzi
necessario
che
il
tessuto
possieda
un
elevato
co-
efficiente
di assorbimento
e che I'impulso
abbia
una intensit
di
almeno
i06
Wcm2
e
una dura-
ta
inferiore
al
microsecondo
(lp
=
1-6 s).
-
Frammentazione:
questa
azione
si ha
nei
tessuti
con
basso
coefficiente
di
assorbimento,
se
irra-
diati
con laser
molto
focalizzati
di
elevata
inten-
sit. Il laser
crea
elevati campi
elettrici
che
pro-
ducono forti ionizzazioni
(plasma).
L
onda d'ur-
to,
associata
allarapida
espansione
del
plasma,
proyoca
una rottura
nei punti
in
cui la
pressio-
ne
superiore
alle
forze
coesive
molecolari.
Per
indurre
quest'azione
meccanica
sui
tessuti,
gli
impulsi
devono
avere
un'intensit
superiore
a
1010
Wcm2
e una
durata inferiore
a
I
ps.
La
maggior parte
dei
laser
usati
in Fisioterapia
non in grado
di causare
effetti
meccanici
di
tipo
lesivo
nei
tessuti.
I
laser
di
potenza
elevata sono
defocalizzati quanto
basta per
evitare
densit
di
potenza
pericoose.
Tuttavia,
alcuni
strumenti
(la-
ser Nd:YAG
pulsato)
possono
raggiungere
picchi
di
intensit
di t03
Wcm2;
a
questi
livelli
alcuni
ef-
fetti
meccanici
vengono
indotti
nei
tessuti.
tazio-
ne
non
per
di
tipo
citolesiva;
piuttosto,
appare
essere
di tipo
stimolante,
forse
simile
a
quella
in-
dotta
da
un
ago
di dimensioni
minime,
su
un
tes-
suto
quiescente.
EFFETTI
TERAPEUTICI
DEI ASER
I laser impiegati
in Fisioterapia
presentano
al-
cune
effetti biologici
comuni. Tuttavia,
gli stru-
menti
laser
attualmente
disponibili
sono
talmen-
te
diversificati
per
potenza
e
per
tipo di
sorgente.
che
risulta impossibile
descriverli
compiutamenre
in
un unico
capitolo.
In
questa
prima
parte
vedremo
i principali
ef-
fetti terapeutici
attribuiti
ai
laser,
rimandando
ai
capitoli
successivi
la
descrizione delle
peculiarita
che i vari
strumenti
possiedono.
EFFETTO
ANTI-I
N
FIAMMATORIO
E
ANTI-EDEMIGENO
I
laser
sono
in grado
di influenzare
i
meccani-
smi
dell'infiammazione
e
della flogosi
a
vari
livei-
li. Innanzitutto,
creano
w iperemia
attiva,
aumen-
tando il
calibro
e diminuendo
la
permeabitit
di
vasi linfatici
e
capillari,
con
un effetto
di tipo
"
wash-
out"
sulle sostanze
pro-infiammatorie
(ista-
mina, bradichinina, citochine
e
linfochine).
Gra-
zie
alla
vasodilatazione,
viene incrementato
l'ap-
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
12/19
fq5sB
fgp,qp6
N
irlgcl{A
T
abbia
dura-
essuti
irra-
inten-
pro-
d'ur-
Per
gli
a
tipo
sono
di
(la-
ef-
in-
tes-
aI-
sf-
eil
i,
1988;
Zati,1997).
BIOSTIMOLANTE
porto
di
ossigeno
e
di
sostanze
nutritizie
ai
tessuti
lesi,
elementi
essenziali
nei
processi
riparativi.
I
laser
stabilizzano
poila
membrana-cellulare
dei
mastociti,
produttori
di
istamina;
infine,
attivano
i
fagociti,
che
asportano
le
sostanze
nociye
(Barbe_
ris,
1996;
Honmura,
1992;
Sato,1994).
EFFETTO
ANTALGICO
Secondo
le
teorie
pi
accreditate,
l,azione
anti_
dolorifica
dei
laser
si
sviluppa
attraverso
diversi
meccanismi.
Innanzitutto,
a livello
superficiale,
il laser
indu_
ce
un
blocco
del
potenziale
d,azione
nelle
termina_
zio
ni
no
cicettiv
e,
attr
av
e r
s
o
m
o
dif
c a zi
o n
j
d
ell
a
p
r
me
ab
ilit
delle
membrane
ass
oniche
(B
elkin,
1994;
Jimbo,
1998).
_
lnoltre,
l'iperemia
attiva
indotta
dal
calore
e
dal_
le reazioni fotochimiche, promuove
il
drenaggio
dplle
sostanze
algogene,
eliminando
a
monte
le
curse
della
sensazione
dolorifica.
I laser
pul_sa,ti,
specie
a
bassa
frequenza,
agisco_
m
sulla
modulazione
del
dolore,
ineragendo
con
b fibre
mieliniche
di
grosso
calibro,
iri
base
alla
mria
del
Gate
Control,
gi
descritta
nei
preceden_
Icapitoli.
Infins,
i
laser
incrementano
la
produzione
di
so_
morfino
-
mimetiche
(endorfine
ed
encefali_
I
che
hanno
attivit
analgesica
(Walker,
1983;
rti
L.,
1988;
Mezawa,lggg;
Tsukia,1994;pon_
ser.
Queste
indicazioni
sono
valide
per
runi
i
la,er
utilizzati
in
Fisioterapia:
-
radere
accuratamente
la
zona
da
trattare.I
pell
infatti
sono
ostacoli
non
da poco
per
la
dilfu-
sione
della
radiazione:
se
di
colore
scuro
tendo_
no
ad
assorbire
i
fotoni;
se
lucenti
favoriscono
la riflessione;
talvolta,
nell,uso
di
alte
potenze
la
peluria
tende
a surriscaldarsi
con
iischio
di
combustione;
-
pulire
accuratamente
la
cute
da
trattare
con
so_
stanze
sgrassanti;
anche
l,alcol
un
ottimo
de_
tergente;
bisogna
per
ricordare
di
risciacquare
accuratamente
la
zona
pulita
con
alcol,
per
eli_
-i ?F
completamente
questa
sostanza
infiam_
mabile;
-
durante
l'uso
del
manipolo
a
scansione,bisogna
avere
cura
di
mantenere
lo
strumento
perpen_
dicolare
alla regione oggetto del
trattamento;
un'inclinazione
pir
o
.rro
accentuata
defor_
ma
Io
spot
alterando
la
densit
d'energia
e,
so_
prattutto,
aumenta
la
riflessione
dei
foioni;
-
l'uso
di
scanner
automaticiporta
inevitabilmen_
te
a
un'erogazione
meno
perpendicolare
agli
estremi
del
campo
di
azione
del
laser;
neces_
sario
dunque
aumentare
il
dosaggio
di
almeno
1120o/o
rispetto
alla
scansion.
-uri.rul"
(vedi
la_
ser
a
COr);
-
rispettare
le
distanze
indicate
nei
manuali
dei
va_
ri
apparecchi
laser;
lo
spot
deve
essere
della
di_
mensione prevista
dal
costruttore:
-
in
presenza
di
ftogosi
la
dose
del
trattamento
de_
ve
essere
valutato
ripetutamente,
in
quanto
la
progressiva
riduzione
della
flogosi
nel
corso
del_
le
sedute
pu
richiedere
un
id"glru-".rto
dei
parametri;
-
durante
il
trattamento
di
ulcere
cutaneericorda_
re
di
non
toccare
con
il
manipolo
l,ulcera
per
non
favorire
le
infezioni;
infati,la
radiazione
infrarossa
dei
laser
biostimolart",
,,or,
,t".i_
hzzante:
-
non
utilizzare
matite
colorate o nere
come..mar_
kers"
delle
zone
da
trattare;
I'assorbimento
del
laser
diviene
maggiore
nelle
zone
scure
e il
trat_
tamento
non
gestibile
in
maniera
corretta
e
si_
cura.
tr
hser
incrementano
la
produzione
di
ATp
a
oar_
.^ell'aOp,
processo
che
favorisce
i
processi
ener_
ici
cgllulan.
forganulo
cellulareln
cui
questi
rsi
si
realizzano
appare
essere
il
mito.ondrio,
E
se
non
stato
ancora
identificato
il
mediato_
:
interviene
tra
I'azione
dei
fotoni
e l,attivazio_
i processi
biochimici.
Dai
numerosi
studi
spe_
u-eln
vltro,
emerge
comunque
con
chiarez_
la
luce-laser
sia
in
grado
dip.o-oorr"r.
L
eione
cellulare ela
sintesi
di
RNA
e
Droteine
pg1"
di
collagene),
facilitando
i processi
ri_
ini
(Smolianova,
1990;
Manteifel'v,
2004\.
-,*y."
dubbio
l'aspetto
della
laserterapa
rile
del
maggiore
sviluppo.
GENERALI
DI
TRATTAMENTO
CONTROINDICAZIONI
locchio
I'organo
maggiormente
a rischio
rlu_
fff::l,t|#::Tl,H:^::jl":il
lroce 1ra
rante
la
laserterapia.
per
quesro
mori\o
assotu_
li
effetti
desiderati
da
una
terapia
la-
,"-";;
;;r-r#;#;:
11ffi:i::.iJ.:l:
147
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
13/19
7
TERAPIA
FISICA
-
Nuovr TrcNoLocle
ru
MrorcrNn
RAHLmrrvl
protettivi
che
filtrano
la luce
in
maniera
adeguata
alla lunghezza
d'onda
della
sorgente
laser.
Gli
oc-
chiali
devono
essere
portati
sia
dall'operatore
che
dal paziente.
La
cute ha
un rischio
di lesione
inferiore
all'oc-
chio;
gli
organi
interni
ben
difficilmente
subisco-
no
danni
(possibili
solo per
i
laser
ad alta
poten-
za).
Vi
sono
controindicazioni
alla laserterapia
as-
solute
e
relative.
CONTROINDICMIONI
ASSOLUTE
controindicata
in
maniera
assoluta
l'irradia-
zione
dil.
-
zone
nell'immediata
prossimit,
de17'occhio,
spe-
cie per
i
laser
ad
elevata
potenza
e
penetranza;
-
zoe
a
diatesi
emorragica;
-
zone
in prossimit
dell'utero
in
pazienti
gravide;
-
pazienti
neoplastici
a
meno
che
non
vi
siano
precise
indicazioni
(terapia
fotodinamica,
PDT).
CONTROI
NDICAZION I
RELATIVE
Le
controindicazioni
relative
sono
I'irradiazio-
ne
di:
-
area
cardiaca
e glomi
carotidei
in
pazienti
car-
diopatici;
-
cute con
flogosi
infettiva
o
con
allergia
in
atto;
-
s
o
ggetti
particolarm
enfe
s ensib
ili
alla r adiazio
-
ne
IR
(pazienti
con pelle
molto
scura).
CIASSI DI RISCHIO
Secondo
la Normativa
Europea
(2003)
le appa-
recchiature
laser
sono
classificate
in
4 classi
di ri-
schio,
in relazione
ai
potenziali
pericoli
dell'espo-
sizione
cutanea
e oculare, quest'ultima
in
assenza
di protezione
adeguata
(Tab.
7.V).
LASER
UTILITZAT'
A
SCOPO
TERAPEUTICO
Il diffondersi
dell'alta
tecnologia
ha
enorme-
mente
arricchito
la
variet
dei
laser
utilizzabili
a
scopo
terapeutico,
in particolare,
ampliando
le
ap-
plicazioni
di
alcuni
strumenti
che
si ritenevano
di
esclusiva pertinenza
della
Chirurgia
o
della speri-
mentazione
pii
avanzata.
I
laser
utilizzati
in
Fisio-
terapia
possono
essere
distinti
in base
alla poten-
za
o
alla sorgente.
I
laser
medicali
con
potenza
di
uscita inferiore
a I
Wlcm2
sono
stati
definiti
di
bassa
potenza;
conseguentemente,
i
laser
eroganti
valori
superio-
ri
a
I
Wlcm2
sono
stati
definiti
di
porenza.
In riferimento
alla
sorgente,
i
laser
pi
diffusi in
campo
fisioterapico
sono
i
laser
a
semicondutto-
ri,
a elio-neon,
ad
anidiride
carbonica
e neodimio-
YAG.
Descriveremo
di
seguito
le propriet
e le
appli-
cazioni
di
questi
quattro
tipi
di
laser.
148
Tob.
7.V
-
Clossi
di rischio dei
loser secondo
l'ANSl.
CI.ASSI
DI
RISCHIO
PTR
GtI APPAREC(HI
LASER
dosse
I
Loser
che sono
sicuri nelle
condizioni di funzie
n0mento
rogionevolmene prevedibili. compre-
so l'impiego
di strumenli
oltici
per
visione
di-
refi0.
(osse
I M
Loser con
l"
=
302,5
+
4000
nm dn
posse
n0
essere
pericolosi
se
l'utilizzotore
impiego
ottkhe
oll'interno
del foscio.
Closse
2
Loser
con l"
=
400 +
/00 nm
in cui lo
oro-
lezione
dell'occhio
ossicuroo
dol riflesso
pol-
pebrole.
Eventuoli
olre
emissioni
diverse
do
i,
=
400
+
/00
nm devono
essere
inferiori
ol
LEA
(lrmif
d'Emissione
Accessir/e)
dello
closse l.
dosse 2
IUI
Loser
come sqpf0
in.(ui l,txscrvoziom
dell'emis-
sione,pu
esser
pricoloso
s
f'ulilizzofore
irn
piego
ofiche
oll'interno
del foscio.
Eveltuoli
of
fe
emissioni
diverse
do
,
=
400 + 700
nm
devono
q$ere
infer.iror
ol IEA&llo
dase
I .
dosse
3
R
Loser
con
l"
=
302,5
+ l0
nm.
in cui lo vi.
sione
diretto
pericoloso;
il limie
d'emissione
compreso
entro
5
volte
il LEA
dello close
2
per
,
=
400 + 700
nm e
enfo
cinque
volte
il,LEA
dello
closse
per
le
olre
lunghezze
0
0n00_
Closse
3 B
loser che
iono normolmenle
perkolosi
in
roso
di visione
diretto del fascio.
Le riflessioni
diffu
se sono
normolme*te
sicure.
Oosse
4
Loser che
sono in
grodo
di
produrre
riflesioni
diffuse
pericolose; p0ss0no
c0usore
Iesioni
ogli
oahi ed
ollo
pelle
e costiuire
pericolo
di
incen-
dio.
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
14/19
i
i
l
di-
do
m-
ol-
I laser
a
diodo
o,
per
meglio
dire,
a
semicondut-
tori,
sono con
ogni
probabilit
i laser
biomedica-
li
attualmente
pi
utilizzati in Fisioterapia.
Il
suc-
cesso
dei laser
a
semiconduttori
dovuto
a una
serie
di motivi:
essi
sono
di
costruzione
relativa-
mente
facile;
le
loro
dimensioni
sono
contenute;
la manutenzione
e i
costi
di esercizio
sono
limi-
tati.
La grande
diffusione
di
questi
laser
anche
legata
alla
particolare
lunghezza
d'onda,
che
li
rende
i
pi
duttili
strumenti
terapeutici
della
ca-
tegoria.
GENERATORI
DI
IASER
DIODICI
Le
radiazioni
dei laser
a
semiconduttori
hanno
una
lunghezza
d'onda
compresa
tra 650
e 980 nm.
Il
pir
noto
e
datato tra
i
diodici
il
laser ad
ar-
seniuro di gallio
(Ga-As)
che emette
una radiazio-
ne
con funghezza
d'onda
di
904 nm. I
primi
laser
a
diodi
lavoravano
attorno
a
questa
l:unghezza
d'onda
e
per
le loro
caratteristiche
costruttive
fun-
zionavano
solamente
a
impulsi,
con
un tempo
at-
tivo dell'ordine dei
100-200
nanosecondi; oggi
so-
no
disponibili anche
diodi
a
emissione
continua,
o continua interrotta.
Laser
a
semiconduttori pir recenti
rrengono
drogati
con
alluminio
o
indio o con
altri
elemen-
ti,
per
migliorarne
le
caratteristiche
di emissione.
Particolarmente
diffusi
sono
quelli
con
sorgente
di
gallio,
arsenico
e alluminio
(Ga-As-Al).
Il
dispositivo
che produce queste
radiazioni
detto diodo
e
ttilizza
il
sistema
a
giunzione
P-N.
GIUNZIONE
P-N
Con questo
termine
si
intende un cristallo
for-
mato
dall'unione
di
due materiali
semicondutto-
ri
"drogati"
diversamente:
I'uno
con
eccesso di
la-
cune
(P)
e
I'altro
con
eccesso
di elettroni
(N).
Tra
i
due
materiali
a
contatto si genera
spon-
taneamente
un
campo elettrico,
cio
una migra-
zione
di elettroni
con
una direzione preferenzia-
le.
Se
alla giunzione
viene
applicata una
differen-
za
di
potenziale
di
intensit
adeguata,
la ricom-
binazione
di
cariche
produce
I'inversione
della
(ASEMHITSHSIJ
@
popolazione
elettronica
con emissione
stimolata
di fotoni.
Il cristallo
che
compone
la
giunzione
P-\
r'ie-
ne
sagomato
in
modo
da fungere
esso
stesso
da
cavit
ottica; infatti,
tagliando
il
cristallo
lungo
due
piani
di sfaldamento
in
modo
da
ottenere
due fc-
cette perfettamente
lisce,
si
ottengono
due
specchi
naturali,
tali da riflettere
e
amplificar
e la radiazio-
ne
luminosa
(Fig.7.9).
Attualmente,
sono
disponibili
reticoli
ottico-
elettronici
che
riflettono
perfettamente
i
raggi
pro-
dotti
dalle
giunzioni
P-N
senza
dover
ricorrere
al
difficile
taglio
a
"specchio"
dei
cristalli;
questi
la-
ser
sono
chiamati
DFP
(Dktributed
Feed
Back).La
tecnologia
descritta
in
grande
evoluzione;
gi
si
parla
di
giunzioni
ancora
pi
efficienti,
del
tipo
P
+
PN,
ecc.
Lapotenza
dellaradiazione
emessa
da
un
singo-
lo
diodo va
da
poche
decine di milliwatt
ad alcuni
watt.
possibile
associare
diversi
diodi di
bassa
po-
tenza
(25
mW,
50
mW)
sullo stesso
strumento
erogatore,
ottenendo cos potenze
di
tutto
rispet-
to;
esistono
apparecchiature con
5,6,
10
sorgenti.
La disponibilit
di diodi
che emettono lunghez-
ze
d'onda
differenti,
rende possibile
combinare
nello stesso
strumento erogatore
radiazioni
aven-
ti
target
biologici
differenziati,
consentendo
azio-
ni
terapeutiche
complesse.
Un'altra particolarit
dei laser
diodici
di
pir
re-
cente
realizzazione
quella
di avere
una frequen-
za
di emissione
modulabile
in
base al
segnale
del-
la
corrente
di
alimentazione.
I diodi
a
emissione
2
contalto metallico
+
tig.
7.9
-
Schemo
della
giunzione
N
di
due ser'::-:--:,-
149
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
15/19
Z
TERAPIA
FISICA
-
Nuovr
Trcuorocrr
tN MrorcrNn
RAarlrrnnvl
Tob.
7.Vl
-
Corofterisfiche dei
oi comuni loser o semiconduttore.
TASTR DIODICI
lunghezzo d'ondo
50
+
980
nm
(rosso
e vkino infrorosso.
NIR)
Iipo
di
emissione
Conlinuo
(CW),
conilnuo
infenolo
(CW
l),
pulsoto
(PW)
Frequenzo di emissione
lHz+lGHz
Numero di dlodi
l+
l0
Potenzo di
pitto
l0
W;250
W
*111-:'.g_
Duroto
degli impulsi
l0mW+5W
50 ns
+
200
ns
(PW)
Dipendene
dollo frequenzo
per
lo
CW I
comunque > 200
ps
Modolit
di
opplirozione
Monipolo
per
folomeno
o punti;
erogotore
multidiodico
o
punomeno
fisso;
sislemo di
trottomenlo
o distanzo
(sconsione)
continua
possono
essere alimentati in modo
tale
da
divenire
pulsati,
con frequenze
variabili
da
qualche
unit
fino
ad alcune migliaia
diHz
(kHz).
I
diodi a
emissione gi pulsata
alla sorgente pos-
sono raggiungere
frequenze
ancora
maggiori,
del-
I'ordine
dei GHz.
Forniamo
una tabella
indicativa
dei
parametri
che
caratterizzano i
pi
comuni
laser
diodici uti-
lizzati
in
terapia
(Tab.
7.VI).
EFFETTI BIOLOGICI DEI
IASER DIODICI
Ilazione
dei
laser
diodici
soprattutto di tipo
fotochimica; infatti,
data
I'intensit medio-bassa,
tipica della maggior
parte
di
questi
strumenti,la
quota
calorica
che
questa
radiazione
apporta ai
tessuti
assai
modesta.
Come abbiamo visto, I'intervallo
di
lunghezza
d'onda
che caratterizza
ilaser
a
semiconduttori
650
+
980
nm,
appartenente al
rosso
e
al
vicino
infrarosso.
Tale
range
si colloca
alf
interno
della
cosiddetta
"finestra
terapeutica"
(600
+
1200
nm)
oye
I'assorbimento
da
parte
dei
cromofori
endo-
geni
limitato.
Alcuni
cromofori
sono tuttavia
in
grado
di in-
teragire debolmente con
queste
radiazioni: i
pi
noti
sono la melanina e l'emoglobina; inoltre,
la
deossiemoglobina
pi
captante della ossiemo-
globina
(Fig.
7.10).
In maniera
analoga
si compor-
tano le sostanze con caratteristiche colorimetriche
tendenti
al rosso
scuro
e
al
nero.
0.001
E
o
:
6
'
.E
o
o
c
.e
F
o
0
Fig. 7.10
-
Loser
diodki: spettro di ossorbimento
dello deosiemoglobino
(Hb)
e
dell'osiemoglobino
(Hb0,)
IJacqua
non
rappresenta
un cromoforo
per
i
la-
ser
diodici.
La
scarsa
interazione
con
la maggior parte
dei
cromofori endogeni fa si che i fotoni
emessi dai la-
ser
a semiconduttori penetrino
in profondit
nei
tessuti. Si
ritiene teoricamente
accettabile
una
pe-
netrazione
di
3-4 cm, oltre la quale la
radazione
viene
totalmente
assorbita.
Mano a mano
che
laradiazione
penetra nel
tes-
suto,
perde
d'intensit, secondo
un
andamento
esponenziale
(legge
di
Lambert-Beer). Pertanto,
se
l'intensit
del
raggio incidente
bassa,
come
av-
viene
nella maggior parte
dei laser
diodici
medi-
cali,
l'azione
biostimolante diretta dei tessuti
li-
mitata agli strati superficiali. Tuttavia, un effetto
indiretto
pi profondo
possibile,
sia
in
conse-
gluenza
dello
scattering della
radiazione,
sia
per la
diffusione dei
mediatori
chimici
dagli
strati
supe-
riori
verso quelli inferiori.
Il
target
di
questi laser
sembra dunque
essere
rappresentato
dalle
strutture
biologiche
collocate
da 0,5 a 3 cm di
profondit.
Il muscolo,
i tendini
e le
giunzioni
muscolo-tendinee
ne
sono un
tipi-
co
esempio.
MODALITA
E
PAR,AA/IETRI
DI
TR,ATTAAAENTO
POTENZA
Nei
laser
di
bassa
potenza generalmente
la
po-
tenza un
parametro
fisso,
pari
al massimo
valo-
re
esprimibile.
I laser
multidiodici
che raggiungo-
no
o
superano
I
W di
potenza
media
(Pm)
han-
no la possibilit
di
regolare la potenza; per
esem-
pio, alcuni
dispositivi permettono
di variare
la
po-
,
_li9_
-
7/24/2019 7. LASERTERAPIA IN MEDICINA 1.pdf
16/19
Lnsrn
Trnapn
rN
MrortNrA
7
I
nm
tenza
di
emissione
scegliendo
tra
due
valori:
50olo
o
l00o/o.
FREQUENZA
Iafrequenzaindica
il
nrxnero
di impulsi
al
secon_
do
e pu
variare
da}Hz(emissione
cntinua,
CW)
a
valori
teoricamente
molto
elevati,
dell,ordine
dei
GHz.
Nella
pratica
terapeutica,
si
considera
elevata
una
fiequenza
dell'ordine
dei
5000
+
10.000
Hz.
Se il
laser
ha
una
potenza
media
inferiore
a
25
mW
si
consiglia
diutjlizzarlo
sempre
in
emis_
sione
continua,
perche
in
modalit
pulsata
l,ener_
gia
erogata
sarebbe
troppo
esigua
in
un
tempo
di
trattamento
ragionevole.
Se la
modalit
continua
non
possibile,
come
nel
caso
del
laser
Ga_Al
di
904
nm,
conviene
selezionare
la
frequenza
pir)
elevata
possibile;
in
ogni
caso,
si
sconsiglia
di
ti_
lizzare
frequenze
inferiori
a
100
Hz.
In
relazione
poi
agli
effetti
delle
varie
freauen_
19
sulle
diverse
patologie,
alcuni
autori
(Lngo,
1986;
Tasca,
1997)
hanno
osservato
quanto
segue:
-
le
frequenze