lasers de alta intensidade e suas interaÇÕes com...
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE E SUAS INTERAÇÕES COM OS TECIDOS
1
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P. A. Ana
2
absorção penetração
absorçãoPenetração
Temperatura
Efeito
térmico coagulação, corte, vaporização, ablação ou carbonização
não térmico
fotoquímicos –bioestimulação, analgésico e antiinflamatório
RELEMBRANDO …
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RELEMBRANDO …
JANELAS DE ABSORÇÃO
• 200-350 nm (UV) -> proteínas e DNA dominam absorção
• 600-1300 nm -> geralmente, menores coeficientes deabsorção óptica alta penetração - efeitos térmicos profundos(ou) terapias mediadas por processos fotoquímicos
• > 2000 nm (IR) -> água é o principal absorvedor
3
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4
0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3 4 6 8 1010
-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
Co
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nte
de a
bso
rção
(cm
-1)
Comprimento de onda (m)
Água
Nd Tm Ho Er CO2
Hidroxiapatita
Excimer
Lasers
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Laser
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PRINCIPAIS LASERS MÉDICOS
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE
Regra geral:
• intensidades acima de 10 W / cm2
• radiação contínua (CW) ou com duração de pulsos acima deaproximadamente 1 ms
5
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MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER DE ALTA INTENSIDADE-TECIDO
• Térmicas– Carbonização
– Coagulação
– Vaporização
– Decomposição térmica
– ablação
• Fotoablação
• Ablação mediada por plasma
• Fotorruptura
6
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MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER-TECIDO
7
10-15
10-12
10-9
10-6
10-3
100
103
10-3
100
103
106
109
1012
1015
1 fs 1 ps 1 ns 1 µs 1 ms 1 s
1 mW/cm2
1 W/cm2
1 kW/cm2
1 MW/cm2
1 GW/cm2
1 TW/cm2
1 PW/cm2
UV
Fotoablação
IR
Interações térmicas
vis - IR
Interações fotoquímicas
15 minutosIn
ten
sid
ad
e (
W/c
m2)
Tempo de exposição (s)
Ablação induzida por plasma
Ablação porondas de choque
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INTERAÇÕES TÉRMICAS• interações onde o parâmetro significativo é o aumento na temperatura local
• Não há uma reação química específica associada
8
Córnea humana vaporizada e coagulada com
120 pulsos de um laser de Er:YAG (90 s, 5 mJ, 1 Hz)
Dente humano vaporizado com 20 pulsos de
um laser de Er:YAG (90 s, 100 mJ, 1 Hz)
Dente humano carbonizado com um laser
contínuo de CO2 (1 W)
Dente humano fundido com 100 pulsos de
um laser de Ho:YAG (3,8 s, 18 mJ, 1 Hz)
100m
1mm
coagulaçãoablação explosiva
carbonização fusão
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INTERAÇÕES TÉRMICAS
9
Origem microscópica: absorção em bandas rotacionais-vibracionais moleculares,
seguida por decaimento não-radioativo
absorção (fóton) colisões inelásticas aumento da energia cinética
= 3 µm
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INTERAÇÕES TÉRMICAS
10
Processo altamente eficiente :
• absorção facilitada pelo grande número de estados vibracionais acessíveis na
maioria das biomoléculas
CO2 laser 10,6 m hn = 0,12 eV
Er:YAG laser 2,94 m hn = 0,35 eV
Nd:YAG laser 1,06 m hn = 1,2 eV
energia cinética média de uma molécula a 25oC kT = 0,025 eV
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INTERAÇÕES TÉRMICAS
Efeitos dependem de:
• Parâmetros laser– Comprimento de onda
– Densidade de energia
– Tempo de exposição
– Tamanho do spot
– Taxa de repetição
• Parâmetros do tecido– Coenficiente de absorção
– Coeficiente de espalhamento
11
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INTERAÇÕES TÉRMICAS
12
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13
400o
100o
60o
42o
37o
Aquecimento Tecidual
Redução na atividade de enzimas, imobilidade
celular
Vaporização incisional, ablação
Rápida Incisão e Fusão
• destruição de ligações
• alterações nas membranas
• fração do tecido sofre
necrose
Normal
50o
• redução na fração
de células
sobreviventes
• necrose
• empalidecimento do
tecido
Denaturação tecidual, coagulação
80o Permeabilização de membranas• destruição do equilíbrio
de concentrações
químicas
>150o
• escurecimento do
tecido
• pode ser evitado pelo
resfriamento do tecido
com gás ou água
Carbonização
• derretimento do tecido
•grande aumento de volume,
• bolhas de gás,
• rupturas mecânicas
•decomposição térmica
•vapor gerado carrega o
excesso de calor e evita o
aumento de temperatura
do tecido adjacente
oC
EFEITOS TÉRMICOS
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14
Feixe laser
Disposição dos efeitos térmicos dentro do tecido :
Tecido
Hipertermia
Coagulação
Carbonização
Vaporização
INTERAÇÕES TÉRMICAS
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INTERAÇÕES TÉRMICAS
15
Tempos de relaxação térmica da água e da hidroxiapatita
0.2 0.4 0.6 1 2 3 4 6 8 10
1µs
1ms
1s
Hidroxiapatita
Água
Tem
po d
e r
ela
xação térm
ica
Comprimento de onda (m)
15 min
Região
de
interesse
para
ablação
térmica
Puig, MPLO
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RELEMBRANDO …
16
Interações térmicas
1. Apenas a luz que é absorvida é útil.
2. Uma parte da luz transmitida é espalhada dentro do tecido,
o que em alguns casos leva a danos longe da região desejada.
3. É interessante utilizar lasers de comprimento de onda ressonantes, cujo feixe é
fortemente absorvido pelo tecido. Nesse caso, o espalhamento não tem efeito
significativo e a deposição de calor (distribuição de temperatura) acompanha a
distribuição de intensidades do feixe laser (conhecida e controlada).
4. Se a duração do pulso laser é curta comparada com o tempo de relaxação térmica,
o transporte de calor é insignificante durante o pulso laser. Nesse caso, o efeito térmico
é predominantemente produzido na região de penetração óptica.
5. Para altas taxas de repetição dos pulsos, um aumento cumulativo
na temperatura pode produzir danos extensos no tecido.
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE -INTERAÇÕES TÉRMICAS
• Objetivo: aumentar a temperatura local do tecido para seobter um efeito desejado
• Efeitos: coagulação, vaporização, carbonização, derretimento,corte
• Lasers típicos: CO2, Nd:YAG, Er:YAG, Er,Cr:YSGG, Ho:YAG,Ho:YLF, Argônio, Diodo
• Duração típica dos pulsos: 1 µs até 1 min
• Densidades de potência típicas: 10 – 106 W/cm2
17
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE
MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER-TECIDO
• Térmicas– Carbonização
– Coagulação
– Vaporização
– Decomposição térmica
– ablação
• Fotoablação
• Ablação mediada por plasma
• Fotorruptura
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ABLAÇÃO TÉRMICA = ABLAÇÃO EXPLOSIVA
• Ablação laser por vaporização de tecido ou por mecanismotermomecânico
• = remoção explosiva de tecido mediada pela água– dependente da absorção
• água é o principal cromóforo– concentração nos tecidos
– absorção intensa no infravermelho
– localização sob camadas do tecido
19
100 m
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ABLAÇÃO EXPLOSIVA
• Altas pressões são geradas pelo rápido aquecimento decamadas de água confinadas abaixo da superfície do tecido,levando a microexplosões
• Pode ocorrer a temperaturas bem abaixo (~250oC) do pontode fusão dos tecidos duros (900C a 1200C)
20
O
H
H
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ABLAÇÃO EXPLOSIVA
• A absorção do laser pode se dar pelo material duro, pela águaou por ambos.
• principais lasers com grande absorção pela água ou pela H-A(a ≥ 100 cm-1) :
– Laser de CO2 -> penetração pequena (µm) na H-A -> o calorque irá produzir a ablação é entregue por conduçãotérmica no esmalte
– Lasers de érbio: penetração na H-A é maior que 0,1 mm
– Lasers de Ho, Tm: penetração na H-A é maior que 50 cm(desconsiderando espalhamento)
– Laser de elétrons-livres : entre 4 < < 6 µm, penetração naH-A é ~ 1 cm
21
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(1) MODELO DO ESTOURO
Assume que a ablação ocorre instantaneamente e se estende a uma profundidade
na qual a fluência do laser cai para um certo valor de limiar.
• mudanças transientes nas propriedades ópticas do tecido
• efeitos da pluma de ablação
• condução de calor no tecido
• prevê corretamente a forma e profundidade da cratera como
função da fluência para valores próximos do limiar.
• não leva à descrição da uniformidade do dano gerado nas
paredes e no fundo da cratera.
Ignora:
Características:
Descrição Matemática:
1
),(
1),(
LF
rFrd
onde : d (r,) é a profundidade da cratera, F (r,) é a distribuição de
fluência do pulso, FL é a fluência de limiar e é o coeficiente de absorção
COMO ESTIMAR A CRATERA GERADA?
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COMO ESTIMAR A CRATERA GERADA?
23
EXEMPLO DE CÁLCULO DA CRATERA
laser de Er:YAG (2,94 m) com fluência de pulso de 25 J/cm2
A fluência de limiar para este laser é de 10 J/cm2 para o esmalte e 1 J/cm2 para a dentina.
Assumiu-se = 800 cm-1 para o esmalte e = 4500 cm-1 para a dentina
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.660
40
20
0
Pro
fundid
ade d
a c
rate
ra (
m)
Raio (mm)
esmalte
dentina
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COMO ESTIMAR A CRATERA GERADA?
(2) MODELO DA CAMADA LÍQUIDA
Considera que o aquecimento pelo laser gera, além da vaporização de tecido,
uma camada líquida que pode ser expelida da cratera pela variação de pressão
radial, originada devido ao perfil Gaussiano do feixe laser.
Limitações:
• modelo tipicamente aplicável a durações de pulso
da ordem de várias centenas de microsegundos;
• é melhor aplicado para tecidos moles.
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COMO ESTIMAR A CRATERA GERADA?
(3) MODELO DA MICROEXPLOSÃO DA
GOTA D’ÁGUA
Considera que a água presente no tecido
está concentrada em uma gota no centro
da cratera que será gerada pela explosão.
Pôde-se demonstrar que a razão ótima
entre o diâmetro da cratera e a sua
profundidade é 2,8 para ablação de esmalte
com laser de Ho:YLF. Além disso, pôde-se
calcular a massa de tecido removida por
pulso.
Bonk et al., 1998
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ABLAÇÃO EXPLOSIVA
Cuidados a serem observados:
• Fluências abaixo do limiar de ablação:– calor acumula-se no tecido
– carbonização ou fusão devido ao superaquecimento pode ocorrer
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ABLAÇÃO EXPLOSIVA
27
LASER
carbonização
necrose
rachaduras
A B
LASER LASER
necrosecarbonização
esmalte
dentina
A B
Efeitos térmicos Efeitos termomecânicos
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE
MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER-TECIDO
• Térmicas– Carbonização
– Coagulação
– Vaporização
– Decomposição térmica
– ablação
• Fotoablação
• Ablação mediada por plasma
• Fotorruptura
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FOTOABLAÇÃO
• rompimento direto das ligações moleculares por fótons de altaenergia (UV)
• ablação limpa, associada com pequeno ruído e fluorescência
• durações de pulso: 10 a 100 ns
• intensidades: 107 a 1010 W/cm2
• Vantagens:
– precisão de corte
– Previsibilidade
– Completa ausência de danos térmicos
• aplicação mais importante: cirurgias de correção refrativa dacórnea -> lesões de miopia, hipermetropia e astigmatismo
29
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FOTOABLAÇÃO
30
100 µm
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FOTOABLAÇÃO - MECANISMO
• Simulação em tecidoshomogêneos (polímeros dePMMA – polimetacrilato demetila - acrílico) -> fáciltransposição para tecidosnão homogêneos(biológicos)
31Força de repulsão ~ 1/r12Energia de ligação de C-C = 3,6 eV
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Interação da luz laser com tecidos biológicos: AplicaçõesPuig - Setembro /1999 32
e -A B
vibração
ligação covalente
Molécula orgânica
promoção a estados excitados de energia, repulsivos
A B
vibração
ligação covalente
Estado excitado instável
e -
dissociação
A B
dissociação
ligação quebrada
Átomos livres
fóton
AB + hn (AB)*AB + hv -> (AB)*
(AB)* A + B + Ecinética
Absorção de fótons de alta energia (UV)
Promoção a estados excitados de energia, repulsivos
Dissociação
Ejeção de fragmentos (sem necrose) ablação
FOTOABLAÇÃO – MECANISMO
Puig, MPLO
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33
Diagrama de níveis de energia :
hn
estado fundamental AB
estado excitado (AB)*
Distância radial
Energ
ia
energia de
ligação
FOTOABLAÇÃO
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34
Energia de
dissociação de
algumas ligações
químicas típicas:
Laser Comprimento Energia do
de onda (nm) fóton (eV)
ArF 193 6,4
KrF 248 5,0
Nd (4w) 263 4,7
XeCl 308 4,0
XeF 351 3,5
Argônio 514 2,4
Nd (2w) 526 2,4
He-Ne 633 2,0
Diodo 800 1,6
Nd 1050 1,2
Ho 2080 0,6
Er 2940 0,4
CO2 10600 0,1
Comprimentos de onda e
energias de fóton para
alguns sistemas laser
selecionados :
FOTOABLAÇÃO
energia (eV) 2,7 3,0 3,6 4,1 4,8 6,4 7,1
C-S C-N
S-HC-CC-O
N-H O-H C = C C = O
UV
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35
Modelo utilizado para fotoablação: Modelo do estouro
Mas: a profundidade de ablação é determinada pela energia do pulso até um limite de saturação
Exemplo: ablação de córnea de coelho com laser de ArF
102
103
104
0,0
0,5
1,0
Fluência (mJ/cm2)
Pro
fundid
ade d
e a
bla
ção
(m
/puls
o)
FOTOABLAÇÃO – CÁLCULO DA CRATERA FORMADA
Plasma
absorve
radiação
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FOTOABLAÇÃO
36
Nd:YLF, 532 nm, 150 µJ/pulso, 30 psNd:YLF, 263 nm, 20 µJ/pulso, 30 ps
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FOTOABLAÇÃO
37
Nd:YLF, 532 nm, 150 µJ/pulso, 30 psNd:YLF, 263 nm, 20 µJ/pulso, 30 ps
![Page 38: LASERS DE ALTA INTENSIDADE E SUAS INTERAÇÕES COM …ebm.ufabc.edu.br/wp-content/uploads/2011/10/laser-de-alta... · P. A. Ana 2 absorção penetração absorção Penetração Temperatura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022032212/5be7053509d3f26f698bf0ce/html5/thumbnails/38.jpg)
FOTOABLAÇÃO
38
Nd:YLF, 532 nm, 150 µJ/pulso, 30 psNd:YLF, 263 nm, 20 µJ/pulso, 30 ps
![Page 39: LASERS DE ALTA INTENSIDADE E SUAS INTERAÇÕES COM …ebm.ufabc.edu.br/wp-content/uploads/2011/10/laser-de-alta... · P. A. Ana 2 absorção penetração absorção Penetração Temperatura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022032212/5be7053509d3f26f698bf0ce/html5/thumbnails/39.jpg)
FOTOABLAÇÃO
39
Vantagens : • Precisão
• Previsibilidade
• Completa ausência de dano térmico aos tecidos adjacentes
(para laser de ArF - 193 nm)
Desvantagens : • Componente térmica significativa para comprimentos de onda
maiores que 193 nm
• Baixa velocidade de ablação
(menos que 1 m por pulso e taxas de repetição moderadas)
• Citotoxidade - DNA absorve intensamente entre 240-260 nm
• Danos ao DNA decrescem na ordem:
248 nm (KrF) > 193 nm (ArF) > 308 nm (XeCl)
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FOTOABLAÇÃO
• Principais fontes UV
40
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FOTOABLAÇÃO
excimer
Lâmpada de mercúrio
excimer
Radiação dos lasers de excimer é menos mutagênica que luz UV ou lâmpada de Hg
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE -FOTOABLAÇÃO
42
• Objetivo: quebra de ligações moleculares por fótons de altaenergia (UV)
• Efeitos: ablação muito limpa, associada com fluorescência
• Lasers típicos: excimers (ArF, KrF, XeCl, XeF)
• Duração típica dos pulsos: 10 a 100 ns
• Densidades de potência típicas: 107 – 1010 W/cm2
• Principais aplicações: cirurgia refrativa da córnea
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LASERS DE ALTA INTENSIDADE
MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER-TECIDO
• Térmicas– Carbonização
– Coagulação
– Vaporização
– Decomposição térmica
– ablação
• Fotoablação
• Ablação mediada por plasma
• Fotorruptura
43
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMAPLASMA
• gás consistindo de íons, elétrons, e partículas neutras (todoslivres)
• As partículas têm energias elevadíssimas (milhares ou milhõesde graus)
• Para se manter este estado é necessário fornecer energiacontinuamente para impedir a recombinação. Geralmenteisso é feito através de um campo elétrico.
• O comportamento desse gás é dominado pela interaçãoeletromagnética entre as partículas carregadas.
44
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMA
• Campo elétrico -> ruptura dielétrica
• = geração de um plasma devido a um intenso campo elétrico
45
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RUPTURA DIELÉTRICA
• O parâmetro mais importante deste fenômeno é a força do campo elétrico
local E , a qual determina o colapso óptico do tecido
• A força do campo elétrico está relacionada com a densidade de potência(equações da eletrodinâmica):
Onde:
• 0 = constante dielétrica
• c = velocidade da luz
• Se E excede um valor de limiar, isto é, se o campo elétrico aplicado forçar aionização de moléculas e átomos, ocorre a ruptura.
46
2
02
1),,( cEtzrI
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COLAPSO ÓPTICO
• = Ruptura dielétrica causada por um pulso laser de altaintensidade focalizado em um gás, líquido ou na superfície deum sólido
• Ocorre para intensidades acima de 1011 W/cm2 em sólidos elíquidos, ou 1014 W/cm2 no ar.
• Campo elétrico correspondente: 107 V/cm
• O plasma gerado absorve fortemente a radiação UV, visível eIR “plasma quente”
• Para sólidos, o pulso laser também causa ablação do material
47
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMA
48
Nd:YLF, 30 ps, 1 mJ, 5.1012 W/cm2
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MECANISMOS ENVOLVIDOS
Avalanche de elétrons:
• Lasers Q-switched: emissão termoiônica devido a uma ionizaçãotérmica do material
• Lasers Mode-locked: ionização multi-fotônica ocorre devido ao altocampo elétrico induzido pelo intenso pulso laser
49
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MECANISMOS ENVOLVIDOS
• Densidade de elétrons livres criada no foco do feixe laser:tipicamente entre 1018 / cm3 e 1021 / cm3.
• Temperatura do plasma: tipicamente de algumas dezenas demilhares de oC.
• A energia do pulso ultracurto é depositada em uma camadabastante fina de material: esse processo tem coeficientes deabsorção típicos acima de 104 cm-1.
• A energia dos elétrons é transferida para os íons, e acontece aejeção do material.
50
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CÁLCULO DA ESPESSURA DO MATERIAL REMOVIDO
fórmula aproximada para a ablação por pulsos defemtosegundos
Onde:
FP é a fluência do pulso laser
EE é a energia de evaporação do material por unidade devolume.
51
.5
E
P
E
Fd
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CÁLCULO DA ESPESSURA DO MATERIAL REMOVIDO
Portanto: A ablação é seletiva!
52
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00
10
20
30
40
Pro
fun
did
ad
e d
e a
bla
ção
(m
/ p
uls
o)
Energia do pulso (mJ)
Esmalte cariado
Dentina sadia
Esmalte sadio
Laser de Nd:YLF : duração 30 ps, foco 30 m
Puig, MPLO
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OUTRAS CONSIDERAÇÕES
Energia do pulso:
• refletida pelo plasma
• ejetada com os vapores
• quebra das ligações do material
• aquecimento do material
53
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USLP = ULTRA SHORT LASER PULSES
Empresa: Clark-MXR, Inc. (Michigan, USA)
Modelo: CPA-2001
• Ti:Safira
• energia por pulso > 0,8 mJ
• largura de pulso < 150 fs
• comprimento de onda: 775 nm
• taxa de repetição: 1kHz
• Alimentação: 110V (Sem necessidade de sistema externo de refrigeração)
• PREÇO: US$ 300 000.00 (sem sistema de entrega de feixe)
54
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USLP = ULTRA SHORT LASER PULSES
Empresa: Spectra-Physics (California, USA)
Modelo: Hurricane
• Ti:Safira
• energia por pulso > 0,8 mJ
• largura de pulso < 130 fs
• comprimento de onda: ~ 825 nm
• taxa de repetição: 1kHz (5kHz disponível)
• Tamanho: 93.6 x 64.8 x 22.8 cm
• Alimentação: 110V (Sem necessidade de sistema externo de refrigeração)
• PREÇO: US$ 300 000.00 (sem sistema de entrega de feixe)55
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMA
56
Dente humano exposto a
16 000 pulsos de um laser
Nd:YLF de picosegundos
(1,05 m).
Duração dos pulsos: 30 ps.
Energia dos pulsos: 1 mJ
A ablação mostrada na
foto é resultado da
varredura dos feixes
focalizados sobre o tecido.
As rachaduras superficiais
ocorreram durante a
preparação para a
microscopia eletrônica.
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMA
57
Córnea com Nd:YLF,
30 ps, 200 µJ
50 µm
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ABLAÇÃO MEDIADA POR PLASMA
• Objetivo: ablação laser pela formação de um plasma ionizante
• praticamente sem dependência com comprimento de onda
• Efeitos: ablação limpa, associada com pequeno ruído e clarãoazulado
• durações de pulso: 100 fs a 500 ps
• intensidades: 1011 a 1013 W/cm2
• aplicações mais importantes: cirurgias da córnea, odontologia
• principais lasers usados: Nd:YLF, Ti:Safira, Cr:LiSAF
58
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ANÁLISE DO PLASMA FORMADO
Análise espectroscópica da centelha de plasma:
• a densidade de elétrons livres
• temperatura do plasma
• Composição química do plasma
Controle do tecido que sofre ablação
59
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ANÁLISE DO PLASMA FORMADO
LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy – Espectroscopia de RupturaInduzida por Laser)
• técnica espectroanalítica que emprega a microamostragem por ablação alaser e subseqüente excitação dos espécies presentes no microplasmadurante a ablação ou imediatamente após esta
60
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LIBS
• emprega um feixe de laser pulsado, de alta irradiância, daordem de GW/cm2, que é focalizado sobre a superfície daamostra
• promove a formação de um plasma de alta temperatura,geralmente entre 10.000 a 20.000 K
• Durante a relaxação, os átomos, íons e fragmentos demoléculas excitados no plasma emitem um espectro deemissão característico do material volatilizado da amostra
61
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LIBS
62
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LIBS
63
![Page 64: LASERS DE ALTA INTENSIDADE E SUAS INTERAÇÕES COM …ebm.ufabc.edu.br/wp-content/uploads/2011/10/laser-de-alta... · P. A. Ana 2 absorção penetração absorção Penetração Temperatura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022032212/5be7053509d3f26f698bf0ce/html5/thumbnails/64.jpg)
LASERS DE ALTA INTENSIDADE
MECANISMOS DE INTERAÇÃO LASER-TECIDO
• Térmicas– Carbonização
– Coagulação
– Vaporização
– Decomposição térmica
– ablação
• Fotoablação
• Ablação mediada por plasma
• Fotorruptura
64
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Principais efeitos do colapso óptico:– Formação de plasma
– Geração de ondas de choque
• Se o colapso óptico ocorrer no interior de tecidos moles oulíquidos, ocorre cavitação ou formação de jato
• Durante a fotodisrupção, o tecido é dividido por meio deforças mecânicas
• Enquanto que a ablação induzida por plasma é confinadaespacialmente na região de colapso, ondas de choque ecavitação propagam pelo tecido– Ex: para pulsos de ns, os efeitos mecânicos podem ser da ordem de
mm 65
FOTORRUPTURA = FOTODISRUPÇÃO = ABLAÇÃO POR ONDAS DE CHOQUE
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FOTODISRUPÇÃO
• Face anterior de uma placa de vidro, exposta a dez pulsos de um laser de Nd:YLF,com pulsos de 30 ps de duração e energia de 1 mJ, focalizados em 30 m.
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FOTODISRUPÇÃO
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FENÔMENOS QUE OCORREM:
• Formação de plasma: começa durante o pulso laser e dura porpoucos ns -> difusão de elétrons livres para o tecido circundante
• Geração de ondas de choque: associada com a expansão doplasma -> começa durante a formação do plasma
• Cavitação: efeito macroscópico que começa de 50 a 150 ns apóso pulso laser• ocorre quando o laser está focalizado no interior do tecido, e não em sua
superfície
• Bolhas de cavitação = vapor de água ou óxido de carbono que podem sedifundir para o tecido adjacente -> gera colapsos no tecido
• Formação de jato: ocorre quando a bolha é gerada naproximidade de uma interface sólida
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FOTODISRUPÇÃO
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Optical Breakdown
Formação de plasma- ionização do volume focal- confinado espacialmente- 70% a 99% da energia
Geração de
onda de choque- alto gradiente de pressão- movendo a velocidade
supersônica- 1% a 5% da energia
Cavitação- vapor induz tensões
mecânicas- sucessiva expansão
e colapso- 10% a 15% da energia
Formação de jato- próximo a interfaces
sólidas- durante colapso de
cavitação
FotodisrrupçãoAblação induzida por plasma
Ablação do tecido
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FOTODISRUPÇÃO
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FOTODISRUPÇÃO
• Objetivos: fragmentação e corte de tecido por forçasmecânicas
• Efeitos: formação de plasma; geração de ondas de choque;cavitação; formação de jato
• durações de pulso: 100 fs a 100 ns
• intensidades: 1011 a 1016 W/cm2
• aplicações mais importantes: fragmentação de cristalino(capsulotomia posterior do cristalino – após cirurgia decatarata) e destruição de cálculos urinários. Tem se tornadouma ferramenta bem estabelecida para cirurgiasminimamente invasivas.
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DÚVIDAS ???
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