Vai trò và ứng dụng của laser trong y học

Đại cương về laser – Tia laser là gì?

Sự ra đời của Laser bắt nguồn từ Thuyết Lượng tử do nhà bác học A. Einstein phát minh ra năm 1916. Đến năm 1954, các nhà bác học Anh, Mỹ đã đồng thời sáng chế ra máy phát tia Laser ứng dụng vào thực tế.

Các thử nghiệm Laser trên người bắt đầu từ những năm 1960. Laser là tên của những chữ cái đầu của thuật ngữ bằng tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích hoạt).

Laser là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt cao độ các phần tử của một môi trường vật chất tương ứng.

Laser là ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống, tạo nên cả một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sau khi nó ra đời.

Nguyên lý tạo ra Laser

Nguyên lý của hiện tượng phát tia laser dựa trên hiện tượng phát xạ cưỡng bức. Khi chiếu một chùm ánh sáng vào một môi trường vật chất sẽ có 3 hiện tượng quang học cơ bản xảy ra : hấp thụ, phát xạ tự do và phát xạ cưỡng bức.

Khi ta chiếu vào môi trường vật chất một chùm ánh sáng đơn sắc với năng lượng của mỗi phôtôn thì chùm phôtôn sẽ tương tác với các quang điện tử và cưỡng bức các quang điện tử này phát xạ phôtôn thứ cấp có cùng năng lượng, hướng truyền, độ phân cực, pha… với phô-tôn đã gây ra cưỡng bức.

Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh 2, 2 sinh 4…Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số phôtôn, tức là có khả năng khuếch đại ánh sáng qua môi trường.

Để một máy có khả năng phát tia xạ Laser thì máy đó phải có 3 bộ phận chính: môi trường hoạt chất mà ở đấy hiện tượng phát xạ cưỡng bức phải mạnh hơn hiện tượng hấp thụ, nguồn kích thích nhằm cung cấp năng lượng cho hoạt chất của Laser, buồng cộng hưởng có chức năng tăng cường sự khuếch đại ánh sáng bằng cách làm cho ánh sáng phản xạ nhiều lần qua hoạt chất.

Các tia Laser đầu tiên sinh ra trong môi trường hoạt chất phản xạ đi lại trong môi trường, kích thích môi trường làm phát ra các tia khác. Các tia Laser đi qua gương phản xạ một phần đi ra ngoài tạo thành lối ra của chùm Laser. Chùm Laser có thể phát liên tục hoặc phát thành xung.

Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của Laser

• Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích);
• Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích);
• Gương phản xạ toàn phần;
• Gương bán mạ;
• Tia laser

Độ định hướng cao: tia Laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị tán xạ.Đặc tính của tia Laser

Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có.

Tính đồng bộ của các phôtôn trong chùm tia Laser. Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia Laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.

Phân loại Laser

Laser chất rắn: có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất Laser. Một số loại Laser chất rắn thông dụng: YAG-Neodym (Yttrium Aluminium Garnet, viết tắt là YAG cộng thêm 2-5% Neodym), λ = 1.060nm (phổ hồng ngoại gần), có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1.000-10.000Hz; Hồng ngọc (Ruby), Aluminium có gắn những ion chrom, λ = 694,3nm (vùng đỏ của ánh sáng trắng); Bán dẫn, thông dụng nhất là diot Gallium Arsen, λ = 890nm (phổ hồng ngoại gần).

Laser chất khí: He-Ne, Heli và Neon, λ = 632,8nm, (ánh sáng đỏ), công suất thấp từ một đến vài chục mW; Argon, argon, λ = 488 và 514,5nm; CO2, λ =10.600nm (phổ hồng ngoại xa), công suất có thể tới megawatt (MW).

Laser chất lỏng: môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là Laser màu. như Laser sử dụng chất nhuộm. Sử dụng các dung môi như metan, etan, thêm vào chất nhuộm hữu cơ chiết xuất từ thực vật (coumarin, rhodamine và florescen). Cấu trúc của chất nhuộm quyết định bước sóng hoạt động của Laser.

Vai trò và ứng dụng của laser trong y học

Sự ra đời của Laser tạo ra một cuộc cách mạng lớn về sự phát triển khoa học công nghệ nói chung và trong lĩnh vực y tế nói riêng. Nghiên cứu ứng dụng tia Laser trong y học được tiến hành khá sớm (1962).

Nhìn chung quá trình phát triển ứng dụng Laser trong y học là một quá trình liên tục với những điểm tiến bộ có tính nhảy vọt. Từ chỗ dùng Laser như một phương tiện hỗ trợ, bổ sung cho các phương pháp điều trị truyền thống, Laser đã thành một phương tiện độc lập và trong rất nhiều trường hợp đã đem lại những kết quả vô cùng to lớn.

Thực tế trên thế giới đã hình thành một ngành y học mới – ngành y học Laser, với chức năng nghiên cứu phát triển và ứng dụng kỹ thuật Laser phục vụ sức khỏe con người. Từ năm 1974 đã có tổ chức “Hội y học Laser thế giới” với 10.000 hội viên thuộc trên 50 nước tham gia.

Trong y học, Laser được nghiên cứu theo hai hướng sau đây: sử dụng Laser như một công cụ để nghiên cứu đối tượng sinh học phục vụ cho việc chẩn đoán và xét nghiệm; sử dụng tia Laser trong y học như một công cụ dùng để điều trị.

Ứng dụng của laser trong y học có rất nhiều, ví dụ như trong chẩn đoán, trong y học cổ truyền, trong phẫu thuật, trong nhãn khoa, trong thẩm mỹ, trong điều trị bệnh ung thư, bệnh răng hàm mặt, bệnh tai mũi họng, bệnh da liễu…

Khi chiếu tia sáng Laser vào một hệ sinh vật như cơ thể con người, sẽ có những hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể. Những hiệu ứng sinh học này là cơ sở để sử dụng Laser trong y học phục vụ con người.

Khi sử dụng Laser để điều trị thì yếu tố quyết định hiệu quả là liều chiếu, bao gồm các tham số: công suất, độ hội tụ (mật độ công suất), thời gian chiếu, số lần chiếu, khoảng cách giữa các lần chiếu. Bên cạnh đó đặc điểm của tổ chức cơ thể nơi chiếu cũng là yếu tố quan trọng góp phần tạo nên kết quả tốt trong điều trị.

Máy Dop Laser & Máy chụp cắt lớp

Laser được ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị có bước sóng nằm trong khoảng 193 nanomet – 10,6 micromet, thuộc vùng tử ngoại, khả kiến và hồng ngoại gần, có thể làm việc ở chế độ xung hay chế độ liên tục.

Có nhiều thiết bị Laser được sử dụng trong chẩn đoán như: máy Dop Laser thăm dò, đo dòng máu trong cơ thể, máy tia laser chụp cắt lớp, các máy tia laser dò tìm đo đạc dẫn đường trong chẩn đoán.

Nguồn : https://pacificcross.com.vn/vi/vai-tro-cua-laser-trong-y-hoc-phan-1/