Trang chủ →

LASER trị liệu

Cập nhật: 07/06/2015 Lượt xem: 8456

LASER TRỊ LIỆU

PGS.TS. Hà Hoàng Kiệm, BV 103

1. ĐẠI CƯƠNG

1.1. Vài nét lịch sử

- 1953 Townes C.H. đã tạo ra MASER (Microwaves Amplification by Stimulated Emission of Radiation), một thiết bị có cơ chế tương tự LASER nhưng tạo ra tia vi sóng. MASER đầu tiên đó không tạo ra tia sóng liên tục mà là tia sóng ngắt quãng.

- Basov N.G và Prokhorov A.M. (Liên Xô) đã tạo ra hệ thống phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn 2 mức năng lượng kích thích.

Hai phát minh trên đã tạo nền móng cho LASER ra đời nên năm 1964 Townes C.H., Basov N.G. và Prokhorov đã được nhận giải thưởng Nobel vật lý.

- Năm 1960, Maiman T. tạo ra LASER hồng ngọc (LASER đầu tiên) tại phòng thí nghiệm Hughes Laboratory ở Malibu, California. Hồng ngọc là ô xít nhôm pha lẫn crôm. Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh lá cây và xanh lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng phát ra.

- Năm 1962, Hall R.N. tạo ra LASER bán dẫn đầu tiên, vật liệu là Gali-Aseni và tạo ra tia có bước sóng 850nm nằm vùng quang phổ hồng ngoại gần.

- Năm 1970, Alferov Z.I. (Liên Xô), Hayashi và Panish của phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển LASER diode hoạt động liên tục ở nhiệt độ trong phòng, sử dụng cấu trúc đa kết nối.

LASER được cho là một trong những phát minh ảnh hưởng nhất trong thế kỷ XX. ích lợi của LASER đối với các ứng dụng trong khoa học, công nghiệp, kinh doanh nằm ở tính đồng pha, đồng màu cao, khả năng đạt được cường độ sáng cực kỳ cao, hay sự hợp nhất của các yếu tố trên.

Hình 1.1: Máy phát LASER He-Ne đầu tiên.

1.2. Khái niệm về LASER

1.2.1. Bức xạ ánh sáng

Sơ đồ 1.1: Sóng ánh sáng trong dải sóng điện từ

Bức xạ ánh sáng là thuật ngữ dùng để chỉ toàn bộ các bức xạ có trong ánh nắng mặt trời khi tới bề mặt trái đất. Về bản chất, ánh sáng nằm trong dải sóng điện từ có bước sóng từ 10nm đến 400.000nm, trong đó mắt người chỉ nhìn được trong khoảng 380nm đến 760nm. Trong dải sóng ánh sáng nhìn thấy, nếu sắp xếp theo các bước sóng ngắn dần cho ta cảm giác 7 màu lần lượt là: đỏ, da cam, vàng, xanh lục, xanh lam, xanh chàm, tím.

1.2.2. Bức xạ LASER

LASER là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” tạm dịch là: Khuyếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức. Cụm từ này phản ánh nguyên lý dùng một bức xạ kích thích (bức xạ cưỡng bức) tác động vào một hoạt chất để tạo ra bức xạ sáng đơn sắc và được một buồng cộng hưởng khuyếch đại lên.

Như vậy tia LASER là chùm tia sáng đơn sắc, nghĩa là các tia sáng trong chùm tia này có cùng bước sóng hay cùng loại photon. Tia sáng này có thể ở bất kỳ vị trí nào trong vùng ánh sáng, nếu nằm trong vùng tử ngoại thì không nhìn thấy được và được gọi là LASER tử ngoại, nếu nằm trong vùng hồng ngoại cũng không nhìn thấy và được gọi là LASER hồng ngoại, nếu nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy thì nhìn được và tùy theo bước sóng mà cho màu sắc đặc trưng, ví dụ LASER He-Ne có bước sóng 632,8nm cho màu đỏ chói.

1.2.3. Nguyên lý tạo bức xạ LASER

Hình 1.2: Sơ đồ hấp thu và bức xạ năng lượng của nguyên tử và phân tử.

- Hiện tượng hấp thu và bức xạ năng lượng: Nếu nguyên tử hay phân tử chịu tác động của một bức xạ (bức xạ kích thích), tùy theo mức năng lượng tác động mà có ba trường hợp xảy ra.

+ Nếu bức xạ kích thích có mức năng lượng thấp (E₁) thì mức năng lượng này chỉ đủ làm tăng giao động nhiệt của nguyên tử hay phân tử, nghĩa là làm tăng nhiệt của cấu trúc hấp thu nó.

+ Nếu bức xạ kích thích có mức năng lượng cao (E₂) thì ngoài làm tăng giao động nhiệt, các điện tử của nguyên tử hay phân tử còn bị nhảy từ quỹ đạo có mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hơn, ví dụ từ quỹ đạo K lên quỹ đạo L, lúc này nguyên tử hay phân tử ở trạng thái bị kích thích. Trạng thái bị kích thích không ổn định và chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn khoảng vài phần triệu giây, các điện tử nhảy lên mức năng lượng cao lại nhảy về quỹ đạo có mức năng lượng cơ bản của nó. Năng lượng dư thừa được giải phóng ra dưới dạng một photon ánh sáng, đó là hiện tượng bức xạ ra ánh sáng.

+ Nếu bức xạ kích thích có mức năng lương rất cao (E₃) thì ngoài tăng giao động nhiệt và phát ra bức xạ sáng còn thấy điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử hay phân tử bị bắn ra khỏi nguyên tử hay phân tử thành điện tử tự do và nguyên tử hay phân tử trở thành ion, đây là hiện tượng ion hóa.

- Nguyên lý tạo bức xạ ánh sáng:

Hình 1.3: Hiện tượng bức xạ ánh sáng.

Khi nguyên tử hay phân tử hấp thu năng lượng của một bức xạ (bức xạ kích thích) làm điện tử của nguyên tử từ mức năng lượng thấp nhảy lên mức năng lượng cao hơn, khi trở về quỹ đạo cân bằng nó có thể nhảy nhiều bước, mỗi bước bức xạ ra một photon có mức năng lượng khác nhau. Như vậy chùm tia sáng mà nó phát ra có nhiều loại photon hay nói cách khác các tia sáng có các bước sóng khác nhau nằm trong dải sóng ánh sáng từ 10nm - 400.000nm. Đó là hiện tượng bức xạ sáng, đây là bức xạ sáng đa sắc.

Hình 1.4: Hiện tượng chuyển dịch cưỡng bức. Năng lượng của P* là E = E2 - E1.

- Nguyên lý tạo bức xạ LASER:

Sử dụng một nguồn bức xạ có năng lượng thích hợp tác động vào một hoạt chất để cưỡng bức các điện tử nhảy lên quỹ đạo có cùng một mức năng lượng. Khi các điện tử này trở về quỹ đạo cân bằng sẽ giải phóng ra cùng một loại photon, hay nói cách khác các tia sáng trong chùm sáng này có cùng bước sóng, đó là chùm sáng đơn sắc. Chùm sáng đơn sắc này được cộng hưởng trong một hộp nhờ các gương phản xạ và định hướng theo một chiều, đó chính là chùm tia LASER.

1.3. Nguyên lý cấu tạo hệ LASER y học

Hệ LASER y học gồm ba bộ phận: nguồn LASER, hệ dẫn đường, hệ đo đạc

Hình 1.5: Cấu tạo hệ LASER y học.

1.3.1. Nguồn LASER

Nguồn nuôi

Hình 1.6: Cấu tạo của nguồn phát LASER.

Nguồn phát LASER gồm có có một buồng cộng hưởng bên trong có chứa hoạt chất LASER và nguồn bức xạ cưỡng bức (nguồn nuôi).

- Hoạt chất LASER: Hoạt chất LASER còn gọi là môi trường kích thích, là môi trường tạo ra sự nhảy mức năng lượng đồng đều của các electron gây ra bức xạ các photon.

Hình 1.7: Hoạt chất LASER và buồng cộng hưởng.

1: Hoạt chất LASER.

2: Nguồn bức xạ cưỡng bức (nguồn nuôi).

3: Gương phản xạ toàn phần (phản xạ 100%).

4: Gương phản xạ bán phần cho chùm tia LASER có định hướng xuyên qua.

5: Chùm tia LASER.

Tên của hoạt chất LASER thường được dùng để gọi tên của LASER: LASER He-Ne (hoạt chất là hỗn hợp khí Heli và Neon), LASER Rubi (hoạt chất là đá hồng ngọc), LASER CO₂ (hoạt chất là khí CO₂), LASER bán dẫn (hoạt chất là Ga - As).

Môi trường LASER là yếu tố chính quyết định bước sóng và các tính chất khác của tia LASER.

He-Ne: khí Heli và Neon tạo ra ở = 632,8nm (tia sáng đỏ chói), công suất thấp cỡ milliwatt.

YAG-Neodym: Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym tạo ra ở = 1060nm (phổ hồng ngoại gần). Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000 - 10.000Hz.

Hồng ngọc (Rubi): Tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom tạo ra ở = 694,3nm (tia sáng đỏ).

- Nguồn nuôi: là nguồn năng lượng tác động lên hoạt chất LASER để tạo ra nhảy mức năng lượng của các điện tử (nguồn năng lượng cưỡng bức). Ví dụ: cực phóng điện, đèn nháy, đèn hồ quang, ánh sáng từ LASER khác. Việc lựa chọn loại nguồn nuôi nào để sử dụng phụ thuộc vào hoạt chất LASER (môi trường chịu kích thích là loại gì), chẳng hạn LASER He-Ne dùng cực phóng điện trong hỗn hợp khí Hêli và Neon. LASER Nd -YAG dùng ánh sáng hội tụ từ đèn nháy Xenon.

- Buồng cộng hưởng: là buồng có hệ thống gương phản xạ toàn phần và bán phần, thường là 2 gương, cũng có thể 4 gương.

Hình 1.8: Buồng cộng hưởng.

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất LASER. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất LASER thì làm phát xạ ra 1 photon khác bay theo cùng hướng với photon tới. Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 gương chắn ở hai đầu, một gương phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, gương kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại, làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất LASER nhiều lần, tạo ra mật độ photon lớn làm cường độ chùm LASER được khuyếch đại lên nhiều lần.

- Hệ dẫn đường: Dùng cáp sợi quang để dẫn tia LASER.

- Hệ đo đạc: Hiển thị các thông số vật lý của tia LASER như công xuất, mật độ công xuất, năng lượng.

Hình 1.9: Máy LASER He-Ne Megasonic 680.

Một số thuật ngữ liên quan hay dùng là laser trị liệu cường độ thấp (LLLT: Low level laser therapy), laser lạnh, laser kích thích sinh học (biostimulation laser), laser điều hòa sinh học (biomodulation laser). Gần đây có laser cường độ cao (HILT: High intensity laser therapy). Cần phân biệt với laser trị liệu với điều trị bằng ánh sáng khác, chẳng hạn như ánh sáng của đèn led.

1.4. Phân loại LASER

1.4.1. Phân loại theo hoạt chất LASER

1.4.1.1. 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 (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym cho ở =1060nm (phổ hồng ngoại gần). Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000 - 10.000Hz. Trong y học thường sử dụng để đốt đông.

- Hồng ngọc (Rubi): Alluminium có gắn những ion chrom cho ở = 694,3nm (vùng đỏ của ánh sáng trắng).

- Bán dẫn: thông dụng nhất là diot Gallium Arsen cho ở = 890nm (phổ hồng ngoại gần).

1.4.1.2. LASER chất khí

- He-Ne: Heli và Neon cho ở = 632,8nm, (ánh sáng đỏ), công suất thấp từ một đến vài chục milli Woatt.

- Argon: Argon cho ở = 488 và 514,5nm.

- CO₂: Cho ở =10.600nm (phổ hồng ngoại xa), công suất có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.

1.4.1.3. 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, rhomadine và florescen) Cấu trúc của chất nhuộm quyết định bước sóng hoạt động của LASER.

1.4.1.4. LASER bán dẫn

Sự chuyển động của hạt electron giữa vật chất với tầng điện tích khác nhau tạo ra hiệu ứng LASER. LASER bán dẫn thường là gọn nhẹ, làm các thiết bị dùng cho đĩa hát.

1.4.2. Phân loại theo công xuất LASER

Có 4 phân lớp laser:

- Lớp 1 có công suất phát nhỏ hơn 0,5 mW.

- Lớp 2 là từ 0,5 mW đến 1 mW.

- Lớp 3 cần phải bảo vệ mắt, gồm lớp 3A là từ 1mW đến 5 mW, lớp 3B là tứ 5mW đến 500mW.

- Lớp 4 là công suất cao, trên 500 mW, có thể gây đốt cháy. LASER công xuất thấp thuộc lớp 3B, LASER công xuất cao thuộc lớp 4.

Độ xuyên sâu của laser qua mô phụ thuộc vào cường độ laser và độ hấp thu của mô. Độ hấp thu này phụ thuộc vào loại mô và chiều dài bước sóng laser.

Hình 1.10. Liên qua giữa độ hấp thu và bước sóng của LASER

1.4.3. Phân loại theo mức độ nguy hiểm với con người

Theo tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ ANSI (American National Standards Institude):

Hình 1,11. Phân loại theo mức độ nguy hiểm với con người

1.5. Phân loại LASER trong y học

Các thông số của LASER

Bước sóng (nm).

Chế độ phát: liên tục hay ngắt quãng (xung).

Công suất phát (W). Theo định nghĩa, công suất 1 watt tức là năng lượng phát ra là 1 Joule trong 1 giây.

Công suất trung bình (W) = công xuất đỉnh (W) x tần số (Hz) x thời gian xung (giây) (với LASER xung)

Cường độ hay mật độ năng lượng (J/cm2) = tổng năng lượng (J) / diện tích chiếu xạ (cm2)

Tổng năng lượng = công xuất trung bình (W) x thời gian (giây)

1.5.1. Phân loại theo công xuất

1.5.1.1. LASER công xuất thấp (LASER mềm)

- Công xuất vài milliwatt đến 500milliwatt.

- Làm tăng nhiệt độ vùng chiếu LASER không đáng kể (0,1 - 0,5^oC).

Ví dụ: LASER He-Ne, LASER bán dẫn hồng ngoại (Ga-As), LASER He-Cd, LASER N.

Đây là các LASER thường dùng trong vật lý trị liệu.

1.5.1.2. LASER công xuất cao (LASER cứng)

- Công xuất LASER lớn hơn 500milliwatt đến vài Watt vài trăm Watt.

- Sinh nhiệt mạnh làm bốc bay tổ chức bề mặt, đốt đông hoặc đốt cháy.

Ví dụ: LASER CO₂, LASER Ne-YAG, LASER Rubi, LASER Argon.

Đây là các LASER dùng trong ngoại khoa.

1.5.2. Phân loại theo cách sử dụng

- Trong vật lý trị liệu có hai loại:

+ LASER chiếu ngoài (công xuất thấp và công xuất cao)

+ LASER nội mạch

Thông thường, LASER chiếu ngoài công xuất thấp sử dụng liều điều trị là 4-10 J/cm2 (theo WALT 2010). Nhưng Chow (2000) đã thống kê lại liều điều trị trong các thử nghiệm lâm sàng, nhận thấy có thể liều cao đến 50J/cm2, như trong nghiên cứu điều trị đau lưng của Basford (1999). Lưu ý rằng kết quả điều trị phụ thuộc vào liều thực sự tới được mô cần điều trị. Do vậy mô sâu cần liều cao hơn, thời gian dài hơn. Đó là lý do cho LASER chiếu ngoài công xuất cao ra đời. LASER chiếu ngoài công xuất cao thường có liều điều trị là 50-120 J/cm2.

Khác biệt giữa điều trị bằng LASER chiếu ngoài công xuất thấp và công xuất cao:

- LASER chiếu ngoài công xuất thấp:

+ Công xuất dưới 500milliwatt. Khả năng kích thích sinh học thấp hơn công xuất cao, thời gian điều trị dài hơn.

+ Khả năng xuyên sâu thấp khoảng 1/4 inch (0,635 cm). Chỉ áp dụng điều trị được các mô ở nông

+ Làm tăng nhiệt độ vùng chiếu LASER không đáng kể (0,1 - 0,5^oC). Bệnh nhân không có cảm giác thay đổi nhiệt tại vùng chiếu.

- LASER chiếu ngoài công xuất cao:

+ Công xuất trên 500milliwatt. Khả năng kích thích sinh học cao hơn công xuất thấp, thời gian điều trị ngắn hơn.

+ Khả năng xuyên sâu tốt khoảng 5 inch (12,7 cm) cho phép điều trị các mô sâu.

+ Làm tăng nhiệt độ vùng chiếu nhưng không quá 42độ C. Bệnh nhân có cảm giác ấm tại vùng chiếu.

Ưu điểm của điều trị LASER chiếu ngoài công suất cao:

Rút ngắn thời gian điều trị
Tác dụng sâu nên điều trị được các tổn thương ở mô sâu.
LASER công suất cao có thể điều trị hiệu quả cho phần cơ, dây thần kinh, dây chằng, gân khớp và các mô sẹo ở độ sâu lên đến 5 inch = 12,7cm (1 inch = 2,54cm) tính từ bề mặt da. Trong khi đó LASER công suất thấp ( laser lạnh) chỉ có thể điều trị các mô ở độ sâu ít hơn ¼ của inch (0,635cm).
LASER điều trị công suất cao có tác dụng kích thích sinh học tốt hơn LASER công suất thấp

- Trong ngoại khoa: sử dụng LASER công xuất cao. Điều trị bằng LASER công suất cao sử dụng trong ngoại khoa sẽ tạo ra một hiệu ứng nhiệt cao tới 1200-1700 độ C, có thể làm bốc bay lớp tổ chức bề mặt (xóa các vết xăm, các mụn cơm, nốt ruồi...), đốt đông tổ chức (hàn võng mạc bị bong...) hoặc đốt cháy tổ chức làm dao mổ LASER.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LASER

2.1. Độ định hướng cao

Tia LASER phát ra hầu như là chùm tia song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn kilomet mà không bị phân tán.

Độ định hướng của chùm tia được xác định bằng góc mở ó. Góc mở ó của LASER chỉ vài phút góc (1 phút góc =1/60 độ góc), thậm chí chỉ vài giây góc (1giây góc=1/60 phút góc).

Hình 1.10: Tính định hướng cao của chùm tia LASER.

Sau khi cho chùm tia LASER phản xạ gấp khúc theo các gương phản xạ toàn phần một quãng đường dài thì đường kính chùm tia vẫn hầu như không thay đổi.

Một chùm tia LASER He-Ne có đường kính d = 10cm, nếu chiếu từ Trái Đất lên Mặt Trăng, sẽ tạo nên một hình tròn đường kính khoảng 1 dặm (1,6 kilômét).

2.2. Tính đơn sắc rất cao

- Chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất, do vậy chùm LASER không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có.

- Một chùm sáng thường là tập hợp các bức xạ có các bước sóng (L: Lamđa) khác nhau, mức độ đơn sắc xác định bằng độ rộng phổ (∆L).

∆L = L max - L min

∆L càng nhỏ thì độ đơn sắc càng cao, ∆L của laser có thể nhỏ cỡ 0,1A^o

2.3. Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia LASER (độ chói phổ) rất cao

Độ chói phổ (U) là thương số giữa công xuất chùm sáng (P) và độ rộng phổ (∆L)

U = P/∆L

Do ∆L rất nhỏ nên U của chùm tia laser đạt giá trị rất cao.

Ví dụ: LASER He-Ne (công xuất rất thấp) cũng đạt U tới 10^-3W/nm. so với ánh nắng mặt trời có U là 10^-7W/nm.

Tính đơn sắc và độ chói phổ quyết định hiệu quả sinh học của chùm sáng.

2.4. Có khả năng phát xung cực ngắn

Có thể phát xung LASER Cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia LASER cực lớn trong thời gian cực ngắn.

Ví dụ: Phát tổng mức năng lượng 1000W. Nếu phát liên tục trong 10s thì mức năng lượng sẽ là 1000/10=100W/s

Nếu phát dạng xung, tổng thời gian xung là 50% tức là 5s thì mức năng lượng là 1000/5=200W/s

Nếu phát dạng xung, tổng thời gian xung là 10% tức là 1s thì mức năng lượng là 1000/1=1000W/s=10³W/s.

3. CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER

3.1. Chế độ phát liên tục

Công suất của một LASER không đổi so với thời gian. Sự chuyển mức năng lượng của electron làm hoạt động LASER được duy trì liên tục nhờ nguồn bơm năng lượng đều đặn.

3.2. Chế độ phát xung

Công suất LASER luôn thay đổi so với thời gian, các giai đoạn “đóng” và “ngắt” cho phép tập trung năng lượng cao nhất có thể trong một thời gian ngắn nhất có thể.

Ví dụ: các dao LASER với năng lượng đủ lớn để làm tăng nhiệt độ lên mức cần thiết, chúng có thể làm bốc hơi một lượng nhỏ vật chất trên bề mặt mẫu vật trong thời gian rất ngắn.

Hình 11: Xóa vết xăm da bằng tia LASER (Tia LASER làm bốc bay lớp da chứa vết xăm).

Tuy nhiên, nếu cùng tổng mức năng lượng như vậy nhưng tiếp xúc với mẫu vật trong thời gian dài hơn thì mức năng lượng tác động/đơn vị thời gian sẽ giảm nhiều, làm nhiệt lượng sẽ có thời gian để xuyên sâu vào trong mẫu vật do đó phần vật chất bị bốc hơi sẽ ít hơn.

4. MỘT SỐ LOẠI LASER, BƯỚC SÓNG VÀ ỨNG DỤNG

Bảng 1: Một số loại LASER, bước sóng và ứng dụng

Laser	Bước sóng	Nguồn kích thích	ứng dụng
Laser khí He-Ne	632,8nm (543,5nm, 593,9nm, 611,8nm, 1.1523mcm, 1,52mcm, 3,3913mcm)	Cực phóng điện	Giao thoa kế, quang phổ học, đọc mã vạch, cân chỉnh, miêu tả quang học. Y học: VLTL
Laser khí ion Argon	488,0nm, 514,5nm, (351nm, 465,8nm, 472,7nm, 528,7nm)	Cực phóng điện	Chữa trị võng mạc bằng ánh sáng (cho người bệnh tiểu đường), in thạch bản, là nguồn kích thích các laser khác.
Laser khí ion Kryton	416nm, 530,9nm, 568,2nm, 647,1nm, 676,4nm, 752,5nm, 799,3nm	Cực phóng điện	Nghiên cứu khoa học, trình diễn ánh sáng.
Laser khí CO	2,6 đến 4 mcm, 4,8 đến 8.3 mcm	Cực phóng điện	Gia công vật liệu (chạm khắc, hàn), phổ học quang - âm.
Excimer laser	193nm (ArF), 248nm (KrF), 308nm (XeCl), 353nm (XeF)	Excimer tái hợp nhờ phóng điện	Quang thạch bản cực tím cho chế tạo linh kiện bán dẫn, phẫu thuật LASER.
Laser CO₂ thể khí	10,6ỡm, (9,4mcm)	Phóng điện ngang (công suất cao) hay dọc (công suất thấp)	Gia công vật liệu (cắt, hàn), phẫu thuật.

5. LASER chiếu ngoài sử dụng trong vật lý trị liệu

5.1. Tác dụng sinh học của LASER chiếu ngoài

- Cải thiện tính thấm của màng tế bào do tác động vào màng tế bào

- Bình thường hóa áp lực nội và ngoại mạch làm giảm phù nề.

- Bình thường hóa quá trình chuyển hóa năng lượng (tổng hợp ATP, kích thích các bơm ion).

- Ổn định hóa nội môi và chuyển hóa tế bào.

- Tăng hoạt tính và tăng chỉ số thực bào của bạch cầu.

- Kích thích quá trình phân bào, tăng tái tạo tổ chức.

- Tăng hoạt tính các nguyên bào sợi, tăng tổng hợp collagen, tăng tái tạo mô.

- Giải phóng SOD chống gốc tự do.

5.2. Chỉ định và chống chỉ định ĐT bằng LASER chiếu ngoài

5.2.1. Chỉ định

- Chống viêm (nhiễm khuẩn, không nhiễm khuẩn, cấp tính, bán cấp tính, mạn tính) của cơ, xương, khớp, nội tạng.

- Giảm đau (sau chấn thương, do căn nguyên thần kinh, đau xương, khớp).

- Kích thích tái tạo tổ chức (nhanh liền vết thương, vết loét).

- Điều hòa tuần hoàn nhất là tuần hoàn vi mạch.

- LASER châm: chiếu LASER vào các huyệt vị.

- Điều trị các bệnh về da (mụn trứng cá, nám da, làm sáng da).

5.2.2. Chống chỉ định

- Chống chỉ định tuyệt đối:

+ Các vùng u kể cả u lành và u ác tính.

+ Các vùng đang chảy máu hoặc đe dọa chảy máu.

+ Các vùng lao đang tiến triển.

+ Các ổ viêm đã hóa mủ.

- Chống chỉ định tương đối:

+ Bệnh nhân đang có sốt, mắc các bệnh truyền nhiễm cấp tính.

+ Bệnh nhân suy kiệt.

+ Bệnh nhân mắc các bệnh giai đoạn cuối (suy tim, suy gan, suy thận).

+ Trẻ nhỏ, bệnh nhân tâm thần.

5.3. Những điều lưu trong kỹ thuật điều trị

5.3.1. Liều lượng

- Các khái niệm:

+ Công xuất (P): là năng lượng của chùm tia (Watt)

+ Tổng năng lượng: E = P x t t : thời gian (s)

+ Mật độ năng lượng (D): phụ thuộc vào kích thước bề mặt vùng điều trị (J/cm²)

D= E/S S:diện tích vùng điều trị (cm²).

+ LASER xung: tổng năng lượng bức xạ (E):

E = Ptb x t

Ptb = P_p x F x tx

P_p là công xuất đỉnh xung (W); F : tần số (Hz); tx: thời gian xung (s).

+ Dải liều tác dụng: 1-4 J/cm² , dưới 1 J/cm² chưa có tác dụng, trên 4 J/cm² có thể gây tác dụng xấu.

- Bệnh cấp tính: 1-2 J/cm²

- Bệnh mạn tính: 3-4 J/cm²

Nếu cố định công xuất thì chế độ liên tục có tổng liều lớn hơn chế độ xung.

Nếu cố định tổng liều thì chế độ xung có công xuất lớn hơn chế độ liên tục.

Vì vậy :

Khi dùng công xuất cao thì thường dùng chế độ LASER xung.

Khi dùng công xuất thấp thì thường dùng chế độ LASER liên tục.

Ví dụ: Phát tổng mức năng lượng 1000W.

Nếu phát liên tục trong 10ph (600s) thì mức năng lượng sẽ là 1000/600=1,66W/s

Nếu phát dạng xung, tổng thời gian xung là 50% tức là 5ph (300s) thì mức năng lượng là 1000/300=3,33W/s

Nếu phát dạng xung, tổng thời gian xung là 10% tức là 1ph (60s) thì mức năng lượng là 1000/60=16,66W/s.

Nếu tổng thời gian xung chỉ 1s thì năng lượng là 1000W/s

5.3.2. Phương pháp điều trị

- Đối với da: đặt tia chiếu vuông góc với da.

+ Điều trị vùng: di chuyển chùm tia theo hình xoáy ốc hoặc theo hình dích dắc phủ kín dần vùng điều trị.

+ Điều trị điểm: vùng tổn thương quá rộng, chỉ cần chiếu một số điểm “chiến lược”

- Với mắt: Điều trị điểm tổn thương trên giác mạc, phải chiếu tia LASER từ một bên tiếp tuyến với giác mạc.

- Các xoang, hốc, mạch máu: sử dụng dây dẫn quang (tuy nhiên có thể hao tổn 15 -20% năng lượng).

- Laser châm: chiếu tia LASER vào huyệt vị.

5.3.3. Giới thiệu một số LASER thường dùng

5.3.3.1. LASER He-Ne

- Do Dajavan, Bennett và Kherriot chế tạo 1961.

- Hoạt chất là hỗn hợp khí He và Ne.

- Nguồn bơm là sóng điện từ f = 20 - 40MHz.

- Bước sóng ở = 632,8nm (màu đỏ chói).

- Tính đơn sắc cao (độ rộng phổ ∆ ở = 3,1 - 8nm).

- Công xuất trung bình 5 - 10mW, chế độ phát liên tục.

Được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực. Trong vật lý trị liệu dùng để chống nhiễm khuẩn, giảm đau, giảm nề, kích thích liền vết thương, vết loét.

5.3.3.2. LASER bán dẫn (LASER diod)

- Được Hall chế tạo lần đầu 1962.

- Hoạt chất LASER là chất bán dẫn gồm 2 phiến Ga và As đặt tiếp xúc với nhau (tương tự diod tiếp xúc nên gọi là Laser diod).

- Bơm năng lượng tạo trạng thái nhiệt độ âm là dòng điện 2000 - 8000 A/cm²

- Bước sóng ở = 780nm, 830nm.

- Độ đơn sắc kém LASER rắn và LASER khí (độ rộng phổ ∆L = 3 – 3,1nm).

- Công xuất vài milliwatt đến vài chục milliwatt.

- Chế độ liên tục hoặc xung.

Khả năng xuyên sâu tốt (>10mm), nên được ứng dụng làm laser châm rất tốt, sử dụng điều trị hen phế quản, tăng huyết áp, suy nhược thần kinh, đau dây thần kinh, chứng liệt thần kinh trung ương hoặc ngoại vi.

5.3.3.3. LASER Nitơ

- Hoạt chất là khí nitơ (N).

- Bơm năng lượng là cực phóng điện.

- Bước sóng ở = 337,1nm.

- Độ đơn sắc cao (độ rộng phổ ∆L = 3,1 - 8nm).

- Năng lượng thấp vài milliwatt đến vài chục milliwatt.

- Chế độ xung hoặc liên tục.

Ở Việt Nam, Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chế tạo LASER N lần đầu năm 1984 được ứng dụng trong y tế với chế độ xung 1 - 100Hz. Lợi thế bức xạ có ở ngắn (nằm trong vùng tử ngoại) nên có tác dụng diệt khuẩn mạnh, rất hiệu quả trong điều trị vết thương, vết loét nhiễm khuẩn kéo dài, chậm liền sẹo.

Hình 1.12: Điều trị LASER He - Ne vùng sẹo bỏng.

6. LASER NỘI TĨNH MẠCH

6.1. Khái niệm

LASER nội tĩnh mạch là đưa đầu phát LASER vào lòng tĩnh mạch, dùng nguồn phát LASER công suất thấp để điều trị hoặc dùng nguồn phát LASER công suất cao để gây đông tắc tĩnh mạch.

6.2. LASER nội tĩnh mạch công xuất thấp

- Thường dùng LASER bán dẫn, tĩnh mạch thường dùng là tĩnh mạch vùng nếp khuỷu. Đây là loại LASER được sử dụng trong vật lý trị liệu.

Hình 1.13: Điều trị LASER nội tĩnh mạch công xuất thấp.

- Tác dụng và chỉ định:

+ Chống viêm.

+ Giảm độ kết dính tiểu cầu và độ ngưng kết hồng cầu. Giảm cholesterol, fibrinogen, chỉ số vữa xơ trong máu. Tối ưu hóa phổ lipid máu, hoạt hóa tiêu sợi huyết, tăng heparin nội sinh.

+ Giãn vi mạch, tăng số lượng vi mạch và tính đàn hồi của nó, tăng vi tuần hoàn, cải thiện tính chất lưu biến của máu, cải thiện huyết động trung tâm và ngoại vi.

+ Tác động đến cấu trúc màng và tính thấm màng, chuyển hóa và điều hòa của tế bào, tới tổng hợp năng lượng ATP ở ty thể, dẫn tới việc tái sinh, phục hồi các mô và tổ chức liên kết một cách hiệu quả, làm tốt lên các kênh ion qua màng.

+ Kích thích và điều chỉnh các yếu tố miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Ở bệnh nhân thiếu máu cơ tim thấy có sự giảm xuống rõ hàm lượng lymphocyte T trong máu ngoại vi. Lymphocyt T sẽ được hồi phục sau liệu trình LASER He - Ne nội mạch.

+ Tăng khả năng dung nạp oxy của hồng cầu và khả năng dung nạp oxy của mô, tăng khả năng vận chuyển oxy của máu.

+ Hoạt hóa các enzyme kháng oxy hóa. Các enzyme như Superoxyde dismutase (SOD), Catalase đảm nhận hoạt tính kháng oxy hóa (antioxidant). Các enzyme này được LASER He-Ne tác động hoạt hóa. Hơn nữa chúng còn được coi như là những thụ thể sơ cấp của bức xạ LASER. Sau liệu pháp LASER nội mạch thấy hàm lượng Alphatocopherol tăng lên. Giảm hoạt độ của các enzyme đặc hiệu như: CPK, CPK-MB.

+ Chống loạn nhịp và điều hòa huyết áp do tác động tới cấu trúc hydrat làm tăng cường hoạt tính các ion quan trọng trong sự hình thành và dẫn truyền điện thế hoạt động của tim, đưa tới khả năng điều hòa thần kinh tim và sức co bóp của cơ tim. Vì vậy nó có tác dụng chống loạn nhịp, chống rung tim.

- Giới thiệu thiết bị Laser bán dẫn AIGa in P hai đầu phát (GX-1000)

+ Công suất phát của mỗi đầu: ≤6mW (có thể điều chỉnh).

+ Bước sóng: 650nm.

+ Chế độ phát: liên tục, xung (từ 10-80 xung/phút).

+ Góc mở tia: 2,5⁰.

+ Bộ định thời gian tự động: từ 1 đến 99 phút. Bước nhảy 1 phút.

+ Công suất tiêu thụ: <25W.

+ Nguồn điện sử dụng: 85V - 265 VAC - 50Hz hoặc DC9V.

+ Điều kiện hoạt động: Nhiệt độ môi trường: 10⁰C đến 40⁰C. Độ ẩm: <80%. Trọng lượng: <3Kg.

Hình 1.14: Kim dùng 1 lần cho LASER nội tĩnh mạch

6.3. LASER nội tĩnh mạch công xuất cao

- Dùng gây đông tắc tĩnh mạch trong điều trị suy tĩnh mạch chi dưới, một lượng nhiệt khoảng 300⁰C được phát ra bởi tia LASER khu trú tại đầu sợi cáp sẽ tác động lên thành tĩnh mạch gây đông tắc và làm cho thành tĩnh mạch bị xơ hóa và teo nhỏ lại. Kết quả là đoạn tĩnh mạch được chiếu tia LASER sẽ co rút và tắc lòng hoàn toàn làm cho dòng máu không còn lưu thông qua lại được nữa.

- Lợi ích của LASER nội tĩnh mạch công xuất cao: Không giống như việc phẫu thuật rút bỏ đoạn tĩnh mạch nông, LASER nội tĩnh mạch là thủ thuật tiến hành nhanh chóng, người bệnh chỉ cần được gây tê tại chỗ, các triệu chứng đau sau thủ thuật giảm rõ rệt, người bệnh có thể điều trị ngoại trú ngay sau thủ thuật và đặc biệt không để lại sẹo.

Hình 1.15: Đốt đông hệ tĩnh mạch bằng LASER nội tĩnh mạch công xuất cao.

Hình 1.16: Kết quả đốt đông tĩnh mạch bằng LASER nội tĩnh mạch công xuất cao.

Nguồn: Hà Hoàng Kiệm. Vật lý trị liệu và Phục hồi chức năng.Giáo trình dùng cho đào tạo đại học. Bộ môn Phục hồi chức năng, HVQY. NXB QDND (2017).