Notas Científicas y Dimensiones Físicas Glosario de Términos
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CAPÍTULO SEIS Dr. Hilario Robledo Notas Científicas y Dimensiones Físicas Glosario de Términos Significado de las Característica Técnicas de los Láseres Símbolo(s) Entidad D, d, F, r, R, w, x, z, Z Longitud m, M Masa t, t Tiempo q, Q Carga Eléctrica F Fuerza e, E Energía, Trabajo P Potencia v, c Velocidad a Aceleración a, q, f, b, d Ángulo d Factor Duty f Frecuencia p Densidad de Energía T Temperatura A Coeficiente de Atenuación a Coeficiente de Absorción s Coeficiente de Dispersión E Intensidad de Campo Eléctrico H Intensidad de Campo Magnético n Índice de Refracción h Constante de Planck m, n, x Número Entero ºC Grados Centígrados (Celsius) ko Permisividad del Espacio Libre K Constante de Dispersión de Rayleigh Kr Constante Numérica Hr Energía de Vaporización por Unidad de Masa e Base Natural de los Logaritmos p, P Circunferencia Circular/Diámetro Dimensiones Físicas [LONGITUD] = [L] [MASA] = [M] [TIEMPO] = [T] [CARGA] = [Q] [M][L]/[T]2 [M][L]2/[T]2 [M][L]2/[T]3 [L]/[T] [L]/[T]2 [NUMÉRICA] [NUMÉRICA] 1/[T] [M]/[T]3 Energía cinética media por átomo o molécula [M][L]2/[T]2 ≡ [T] 1/[L] 1/[L] 1/[L] [L][M]/[T]2[Q] [Q]/[L][T] [NUMÉRICA] [M][L]2/[T] [NUMÉRICA] [T] [T]2[Q]2/[L]3[M] [M][L]4/[T]3 [NUMÉRICA] [L]2/[T]2 [NUMÉRICA] [NUMÉRICA] 129 Valores Numéricos de Constantes Físicas Importantes c h e p ko qe me (ep)400 (ep)700 (ep)1064 (ep)10.600 Velocidad d la Luz en el Espacio Libre Constante de Planck Base Natural de los Logaritmos Circunferencia/diámetro. Relación de un Círculo Permisividad del Espacio Libre Carga de un Electrón Masa de un Electrón Energía de un fotón a 400 nm Energía de un fotón a 700 nm Energía de un fotón a 1.064 nm Energía de un fotón a 10.600 nm 2.998 x 108 m/segundo 6.626 x 10-34/segundo 2.718281828....... 3.14592654......... 1.11265 -1.6022 x 10-19 culombios 9.110 x 10-31 kg 3.100 eV 1.7712eV 1.1653 eV 0.11697 eV Valores Numéricos de Prefijos deci centi mili micro nano pico fico kilo mega = = = = = = = = = x 10-1 x 10-2 x 10-3 x 10-6 x 10-9 x 10-12 x 10-15 x 103 x 106 Glosario de Términos Ablación Proceso de exéresis del tejido mediante corte o vaporización. Absorción rial. Conversión de la luz en otras formas de energía cuando esta pasa a través de un medio mate- Ángulo de Aceptación La mitad del ángulo sólido incluido en un cono coaxial cuyo ápice está en el centro de la cara del extremo proximal de una fibra óptica directa, dentro de la cual todos los rayos de luz que entra en la fibra sufrirán una reflexión interna total en cada frecuencia sobre la interfaz entre el núcleo y el revestimiento. Ángulo de Incidencia El ángulo entre un rayo de luz que choca contra la interfaz entre dos medios de índices de refracción diferentes y perpendicular a la interfaz en el punto donde el rayo cruza la interfaz. Átomo La unidad más pequeña que tiene todas las propiedades físicas y químicas únicas de alguno de los elementos, de los cuales hay 108 variedades conocidas actualmente. Atenuación El debilitamiento progresivo de un rayo de luz cuando penetra en la profundidad de un medio material; en general, es causado tanto por la absorción como por la dispersión. En los medios homogéneo e 130 isotrópicos, es exponencial en su naturaleza: el rayo pierde una fracción constante de su intensidad en cada unidad de distancia de su trayectoria delantera. Bombeo El proceso de la adición de energía a un medio láser de tal forma que sus átomos o moléculas son estimuladas y se crea una población inversa. Campo eléctrico Una región del espacio en la cual una carga eléctrica experimentará una fuerza en la dirección del campo. Campo magnético Una región del espacio dentro de la cual una carga eléctrica en movimiento experimentará una fuerza en una dirección normal al campo y normal a la velocidad de la carga en el campo. Cavidad-inundación (Cavity-dumping) La creación de pulsos cortos, de alta energía de salida de un resonador laser manteniendo una población inversa grande de electrones y resonancia aguda en la cavidad óptica hasta que un dispositivo de conmutación electro óptica permite que la radiación salga súbitamente del resonador. Cavidad óptica Una cámara cilíndrica o un volumen de espacio coaxial localizado entre dos espejos cuya geometría es tal que un rayo paraxial de luz que viaja atrás y delante entre los espejos permanece siempre dentro de la cavidad. Coagulación Es un proceso de desnaturalización del tejido vivo por calentamiento a temperaturas entre los 45º C y los 70º C durante periodos de tiempo suficientes como se muestra en la figura 4-13. Coherencia Una propiedad única de la luz láser. La coherencia espacial es la coincidencia de las crestas y los valles de las ondas de luz E de los rayos de luz en un haz, a lo largo de las superficies que están en todas partes perpendiculares a los rayos. La coherencia temporal es la constancia de la velocidad de propagación, frecuencia y longitud de onda de las ondas de luz. Colimación La propiedad de un haz de luz en el cual todos los rayos son paralelos los unos a los otros: el haz no tiene divergencia; su ángulo sólido incluido es de ceroº. Constante de Planck El factor de proporcionalidad h en la ecuación que relaciona la energía fotónica a la frecuencia de la ondícula equivalente: Ep = hf Este factor se denominó así después de la descripción de Max Planck y su valor es de 6.626 x 10-34 J-segundos. Difracción Radiación electromagnética de energía lejos de la dirección de un rayo o haz debido al principio de Huygens: cada punto de un frente de onda progresivo actúa como una fuente de nuevas ondas. Dispersión 1. El cambio de índice de refracción con la longitud de onda. En la dispersión normal, el índice es más alto para ondas cortas y disminuye sistemáticamente y es valorado únicamente con una longitud de onda creciente en la cual sucede una absorción significativa. En tal situación, se hace anómala, con valores inferiores en longitudes de onda más cortas y valores más altos en la longitudes de onda más largas, que el centro del pico de absorción. Dispersión 2. Cambio en la dirección de un rayo de luz en un medio material o tejido vivo sin cambio en la longitud de onda. Aunque existe dispersión que supone un cambio en la longitud de onda, no la consideramos en este libro. 131 Electrón La partícula más pequeña caragada negativamente que orbita sobre el núcleo de un átomo. Su masa es de 9.1096 x 10-31 kg y su carga elécrica es de -1.6022 x 10-19 culombios (C). Electrón voltio Unidad básica de energía de un electrón, ión, átomo o molécula. Un eV = 1.6022 x 10-19 J, la energía adquirida por un electrón siendo acelerado por una diferencia potencial de 1 V. Emisión espontánea La emisión de una ondícula de luz por un átomo o molécula estimulada cuando vuelve al nivel de energía inferior sin influencia externa. Es la fuente de toda luz en la naturaleza. Emisión estimulada La provocación de un átomo o molécula estimulada por una ondícula de luz incidente para que emita una ondícula idéntica, paralela y soncronizada con la ondícula incidente pero sin la absorción de la ondícula desencadenante. Energía La capacidad de hacer trabajo, como levantar una masa contra la fuerza de la gravedad. Espectro Una variedad contínua de longitudes de onda o frecuencias de radiación electromagnética. El espectro electromagnético entero abarca más de 20 órdenes de la magnitud, desde ondas de radio largas a rayos cósmicos ultracortos. Excímero Una molécula diatómica que consiste en un átomo de halógeno (C1 o F) y un átomo de gas noble (argón, criptón o xenón), que existe sólo en el estado excitado de uno o ambos átomos, y se disocia después de emitir la radiación, en la parte ultravioleta del espectro. Excitación El proceso por el cual un átomo, molécula o ión incrementa su energía por encima de lo normal, o nivel basal. Esto requiere la absorción de un quántum de energía desde el exterior para tener exactamente el valor correspondiente a la diferencia entre el nivel basal y algún nivel permitido más alto. Extinción en profundidad La distancia desde la superficie de la primera incidencia a algún punto dentro de la masa de tejido donde se absorbe o se dispersa, en el cual la intensidad de un rayo de luz que penetra ha disminuido al 1.0 % de su valor en la superficie. Fibra óptica Un filamento óptico delgado de material transparente como el cuarzo cristal o polimetilmetacrilato que tiene un diámetro entre 0.1 y 1.0 milímetros y un índice de refracción significantemente mayor de la unidad. Generalmente se reviste con una capa de otro material que tiene un índice de refracción menor. Transmite la luz por reflexió total interna incluso alrededor de curvas de radio corto. Fluencia La energía entregada por un haz de luz láser al objetivo, dividida por el área irradiada del objetivo. La unidad básica es de 1 J/cm2. Flujo radiante difuso aleatorio (r.d.r.f. - Randomly diffused radiant flux) Luz e el interior del tejido que tiene una dispersión tan importante que la probabilidad de la trayectoria de los fotones es igual en todas las direcciones posibles. Lo opuesto exactamente es una radiación coherente y colimada. Fotoelectrolisis luz. La rotura o destrucción de las membranas celulares por el campo eléctrio de una onda de Fotón Un quántum sin masa de energía radiante, transmitida por el espacio libre y < > o medios materiales en líneas rectas a la velocidad de la luz. Es equivalente a una ondícula y su energía es proporcional a la frecuencia de esta ondícula equivalente. Fotopirolisis La conversión de la luz a calor en el tejido y elevación de su temperatura a niveles y a intervalos de tiempo tales que el tejido se destruye por rotura térmica pero sin vaporización. 132 Fotoplasmolisis La ionización de los átomos en moléculas por fuertes campos eléctricos de ondas de luz a densidades de energía por encima de 10 billones de W/cm2, para formar plasma a temperaturas muy altas. Fotoquimiolisis Disrrupción del tejido vivo o de polímeros inorgánicos por rotura de los enlaces interatómicos causado por los fotones energéticos de las longitudes de onda menores de 319 nm. Fototermolisis Conversión de la luz en calor en el tejido y destrucción subsecuente del tejido ya sea por rotura térmica o por vaporización del agua histológica. Incluye a las dos: fotopirolisis y fotovaporolisis. Fotovaporolisis Conversión de la luz en calor en el tejido y destrucción subsiguiente por ebullición rápida del agua en el intracelular y entre las células con la formación de vapor, el cual rompe expansivamente las células y destruye la arquitectura histológica a temperaturas entre los 100º C y los 300º C. Frecuencia El número de ciclos por segundo de una onda de luz sinusoidal que pasa por un punto fijo en el espacio; el número de ciclos por segundo de una corriente alterna; o el número de pulsos por segundo en la energía de salida de un láser pulsado. Gausiano El nombre que se le da a un haz de luz láser que tiene el modo electromagnético transversal más fundamental, una distribución de la densidad de energía a través del haz en forma de campana. Ver el capítulo 1, ecuación 1-12 para la descripción matemática de la densidad de energía con un perfil gausiano. Haz de luz Un grupo de rayos de luz que viajan en la misma dirección general con un ángulo sólido incluido que es menor de 90 grados. Índice de refracción La relación de la velocidad de la luz en el espacio libre respecto a su velocidad en un medio material. El índice refractivo de cada medio material es mayor que la unidad, excepto en las longitudes de ondas cercanas donde el medio ejerce una absorción significante. Ión Un átomo en el cual el número de electrones orbitantes no es igual al número de protones en el núcleo. Tiene una carga eléctrica positiva o negativa, pero no de cero. Irradiancia Sinónimo de intensidad y de densidad de energía de un rayo o haz de luz. Isótopo Un átomo d cualquier especie que tiene un número diferente de neutrones de lo normal (mayoría) de átomos de aquella especie. Julio La unidad básica de energía en el sistema de unidades m.k.s. (metro-kilogramo-segundo). Kilogramo La unidad básica de masa en el sistema de unidades m.k.s., igual a 1.000 gramos (g). Láser Un generador de radiación electromagnética coherente, colimada y monocromática. La palabra láser proviene de un acrónimo anglosajón, las primeras letras de las siguientes palabras: Light Amplification by Stimulated Emission Radiation (luz amplificada por la emisión estimulada de una radiación). Longitud de onda La distancia entre dos crestas sucesivas de la onda E de un rayo de luz. Luz Como se ha definido en este libro, el espectro de la radiación electromagnética producida por láseres: 100 a 20.000 nm. Consisten de ondas sinusoidales de campos eléctricos y magnéticos octogonales que son perpendiculares al eje de propagación. A intensidades bajas, la luz consiste de ondículas discretas u ondas qeu tienen una longitud finita en el espacio. Esas ondículas son equivalentes a compartimentos separados de energía radiante. Masa La propiedad esencial de la materia. La masa se puede convertir en energía de acuerdo con la fórmula 133 E = Mc2, donde E es la energía, M es la masa y c es la velocidad de la luz en el espacio libre (todas expresadas en unidades consecuentes). Metro La unidad básica de la longitud en el sistema m.k.s. (metro-kilogramo-segundo), igual a 100 cm. Micrómetro o micra Microsegundo Una millonésima (10-6) de un metro (µ). Una millonésima (10-6) de un segundo (µs). Modo de bloqueo (Mode-Locking) La creación de pulsos de energía láser cortos e intensos que tienen una pureza espectral muy alta, cortando la longitud axial de la avalancha de ondículas de luz que viajan reflejadas entre los espejos del resonador láser, en sincronización con el viaje reciprocante de estas ondículas, de tal forma que sólo pasarán aquellas que están por encima de la amplitud del umbral. Modo electromagnético transverso La distribución de la densidad de energía a través del haz láser como una función de la posición angular y de la distancia radial desde el eje. Habitualmente se abrevia como TEMmn, donde m y n son números enteros iguales al número de canales de la densidad de energía en la dirección x y en la dirección y, respectivamente, de un trazado tridimensional del perfil de la intensidad del haz en el cual la dirección z es el eje del haz. Modo Longitudinal Aquellas longitudes de onda distintas de ondas permanentes de la luz que se reflejan delante y atrás entre los espejos en una cavidad óptica de tal modo que las ondas que avanzan y retroceden se refuerzan las unas a las otras. Modo temporal El modo de variación en el tiempo de la energía de salida de un láser: onda contínua (c.w.), onda contínua intermitente (ráfagas) o pulsado. Molécula Una grupo de átomos unidos por fuerzas asociadas a los electrones más externos de la órbita. Las moléculas inorgánicas son habitualmente más pequeñas que las orgánicas, las más complejas pueden contener miles de átomos. Nanómetro Nanosegundo Una billonésima (10-9) de un metro. Una billonésima (10-9) de un segundo. Ondícula Sucesión de ondas electromagnéticas de longitud finita en el espacio, equivalente a un fotón. Picosegundo Un trillón (10-12) de un segundo. Población inversa Una condición que tiene más átomos o moléculas en un estado estimulado dentro de un resonador láser que los átomos o moléculas que están en estado no estimulado o menos estimulado. Potencia La relación de tiempo de transferencia de energía de un lugar a otro o transformación de energía de una forma a otra. La unidad básica de potencia en el sistema m.k.s. es el vatio: 1 Julio/segundo. Q-conmutación (Q-switching) Un proceso de producción de una energía de salida en forma de pulsos cortos de un láser estropeando la resonancia en la cavidad optica y restaurándola súbitamente a un estado normal, ya sea cíclicamente o en sucesos aislados. Radiación El transporte de energía a través del espacio de un punto a otro, con o sin la necesidad de la intervención de un medio material. Ocurre en líneas rectas y a velocidad constante en medios homogéneos e isotrópicos. 134 Rayo de luz El eje de una onda de luz. Reflexión La redirección de un rayo de luz desde su punto de impacto en la superficie divisoria entre dos medios diferentes hacia atrás en el hemisferio del espacio, centrado en el punto de impacto, del que provino aquel rayo, de tal modo que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (ambos medidos en la perpendicular a la superficie reflectante en el plano definido por el rayo incidente y reflejado). En general, se perderá algo de la intensidad del rayo por la penetración en el medio reflectante, de modo que el rayo reflejado será más débil que el incidente. Refracción Cambio en la dirección de un rayo de luz que choca e la interfaz de dos medios de índices refractivos diferentes, de tal modo que el ángulo de incidencia es siempre menor en el medio de índice más alto. En general, la refracción se acompaña por la reflexión de alguna intensidad del rayo incidente, excepto donde el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico para la reflexión total en el cruce denso de la interfaz. Resonador Aquella parte de un láser que consiste en la cavidad óptica y el medio láser contenido allí. Segundo La unidad básica de tiempo en el sistema m.k.s. (metro-kilogramo-segundo). Velocidad de una onda o fotón El vector cuya dirección es la dirección de la trayectoria en el punto o momento en cuestión y cuya magnitud es la velocidad de la onda o fotón en aquel punto y momento. SIGNIFICADO DE LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS LÁSERES Introducción Podemos estar de acuerdo en que una determinada longitud de onda es la idónea para realizar un tratamiento, pero si el resto de los parámetros de la máquina láser no son los adecuados, como la densidad de energía, anchura de pulso, diámetro focal o spot, sistema de entrega, no son los adecuados, no puede conseguirse el resultado deseado. Este apartado pretende servir para comprender con un menor nivel de formulación y nivel más básico, sin pretender ser un sustituto de lo ya expuesto en los capítulos anteriores, la interrelación entre los diferntes parámetros que influyen para ayudar a elegir por parte del clínico y en beneficio del paciente, de forma genérica, una máquina determinada que pretende la realización de un tratamiento concreto. Longitud de Onda La longitud de onda se mide en nanómetros (nm), se define como la distancia recorrida por un cuanto 135 de energía en una oscilación completa de la onda y determina en gran medida los tratamientos que se pueden realizar, junto con los coeficientes de absorción de los diferentes elementos (cromóforos) y la competencia entre ellos, si para una determinada longitud de onda hay poca diferencia entre los coeficientes de absorción de más de un elemento. (Nota aclaratoria de cuanto: en física, el término cuanto o cuantio (del latín Quantum, plural Quanta, que representa una cantidad de algo) denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar de un estado discreto a otro. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada según el valor de cuanto. Es decir, cuanto es una proporción hecha por la magnitud dada. Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema físico están cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga eléctrica de un cuerpo, que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón. En la moderna teoría cuántica aunque se sigue hablando de cuantización el término cuanto ha caído en desuso. El hecho de que las magnitudes estén cuantizadas se considera ahora un hecho secundario y menos definitorio de las caracterísitcas esenciales de la teoría. El ejemplo clásico de un cuanto procede de la descripción de la naturaleza de la luz, como la energía de la luz está cuantizada, la mínima cantidad posible de energía que puede transportar la luz sería la que proporciona un fotón (nunca se podrá transportar medio fotón). Esta fue una conclusión fundamental obtenida por Max Planck y Albert Einstein en sus descripciones de la ley de emisión de un cuerpo negro y del efecto fotoeléctrico. Otra magnitud cuantizada en física es la carga eléctrica, cuya unidad mínima, es la carga del electrón, aunque por ser tan pequeña normalmente se use como una magnitud continua. La teoría de la física que describe los sistemas cuantizados se denomina mecánica cuántica. Otras magnitudes menos intuitivas también aparecen cuantizadas como el momento angular de un electrón o el spín de una partícula subatómica). La longitud de onda está directamente relacionada con los coeficientes de absorción de diferentes sustancias y componentes corporales: Para poder comprender bien la relación entre las diferentes longitudes de onda y los coeficientes de absorción de los elementos que aparecen en el gráfico, se debe tener presente que el eje de ordenadas del gráfico (coeficiente de absorción) está representado en escala logarítmica, de manera que la distancia visual entre 1 y 100 es el doble que la distancia visual entre 1 y 10, pero el coeficiente de absorción es 10 veces mayor, ya que es 100 en un caso y solo 10 en el otro. Del mismo modo que entre 1 y 1000, la distancia visual es el triple que la distancia entre 1 y 10, pero el coeficiente de absorción es 100 veces mayor. 136 Como se puede observar, a medida que aumenta la longitud de onda, aumenta su penetración en la piel, siempre y cuando esta longitud de onda esté dentro de la ventana óptica de la piel (350-1300 nm). Basándose en el grado de penetración en la piel de las diferentes longitudes de onda y su relación con los coeficientes de absorción de los diferentes elementos, se puede determinar aquellas longitudes de onda a utilizar en función del tratamiento que se pretenda realizar, al margen de su mayor o menor eficacia y otras consideraciones. Diámetro focal (spot) 137 El diámetro focal (spot) no solo determina la superficie bidimensional, si no también el volumen (tridimensional) de penetración del haz de luz láser ya que a medida que aumenta la longitud de onda penetra más profundamente (dentro de la ventana óptica de la piel: 350-1300 nm, a partir de esta longitud de onda prácticamente toda su absorción es en el agua, fundamentalmente intracelular, también extracelular, que está en todo tejido vivo en un promedio en los tejidos blandos incluyendo la epidermis del adulto en un 70%. Si la longitud de onda se absorve en el agua, calienta o vaporiza el tejdo, dependiendo de la densidad de energía entregada a las longitudes de onda mayores de 1300 nm). Se debe recordar que aunque a mayor spot existe una mayor penetración, el factor determinante esencial es la longitud de onda. Si no se tuviese en cuenta el diferente grado de penetración (3 dimensiones) en función del diámetro focal, podría decirse que la superficie (2 dimensiones) que se irradia con un diámetro focal de 15 mm (1.77 cm2) es equivalente a la superficie que se irradia con 9 diámetros de spot de 5 mm (9x0.20 cm2), aunque como se muestra en la siguiente figura, la profundida de penetración aumenta a medida que se incrementa el diámetro focal (espot). A continuación se muestra una tabla con las equivalencias entre los diámetros de e spot en mm y la superficien irradiada en cm2. 138 Fluencia La fluencia que se expresa en J/cm2 (densidad de energía), es la cantidad de radiación emitida en una superficie determinada y está relacionada directamente con el diámetro focal (spot). Para determinar la fluencia tenemos que dividir la “potencia por impulso” por el diámetro focal (spot), es decir, la superficie sobre la que se aplica. A continuación se van a mostrar varios ejemplos para comprenser mejor su significado: 1. Cálculo de la fluencia máxima que puede desarrollar un láser con una potencia por impulso de 35 julios y un diámetro de spot de 10 mm: 2. Del mismo modo se puede calcular la fluencia máxima de este láser que tiene una potencia por impulso de 35 J con un diámetro focal de 15 mm: 3. 2. Del mismo modo se puede calcular la fluencia máxima de un láser que tiene una potencia por impulso de 65 J con un diámetro focal de 15 mm: 139 Igualmente se pueden realizar los cálculo de forma inversa, para saber que potencia por impulso (J) tiene un láser, se toman las fluencias máximas para los diferentes diámetros focales. En el supuesto que un láser entrega 50 J/cm2 con un diámetro focal de 10 mm: A medida que aumenta el diámetro focal sobre el que se aplica una determinada potencia por impulso, disminuye la fluencia, teniendo que aumentar pa potencia por impulso para que la fluencia se mantenga. Ahora que ya se ha visto la relación entre potencia por impulso y el diámetro focal con la fluencia, se muestra a continuación una tabla resumen de las fluencias máximas para diferentes diámetros focales y potencia por impulso (nótese que en todos estos ejemplos no se ha tenido en cuenta el tiempo duante el cual se emite el haz de luz láser, remítase al capítulo 3). A mayor diámetro de spot se penetra a mayor profundidad, aunque si no se aumenta de manera suficiente la potencia por impulso, la fluencia va disminuir (x4), dado que la superficie de irradiación es menor. 140 Duración del pulso (Anchura de pulso) cia. Además de la longitud de onda, dos aspectos muy importantes son: la duración del pulso y la fluen- Generalmente cuando se busca un efecto fototérmico, la duración de pulso se expresará en milisegundos, aunque en el caso de los láseres Q-switched, que realizan un efecto fotoacústico, se expresa en nanosegundos (ns). Dependiendo del efecto que se quiera conseguir y de los diferentes tiempos de relajación térmica (TRT), que es el tiempo necesario para reducir en un 50% la temperatura generada por la emisión de la luz láser sobre el tejido o estructura donde se actúa (cromóforo, tales como melanina, hemoglobina - oxi y deoxihemoglobina, agua), la anchura de pulso deberá ajustarse al tiempo de relajación de la estructura, principio de fototermolisis selectiva (Anderson y Parrish, 1983). A continuación se muestra un ejemplo donde se aprecia el diferente efecto fotoacústico producido sobre una lesión pigmentaria ante dos duraciones de pulso diferentes. En este caso concreto los mejores resultados se obtienen concentrando (disminuyendo) la anchura de pulso. 141 Velocidad de Repetición - Hercio El hertzio, hercio o hertz (símbolo Hz), es la unidad de frecuencia del Sistema Internacional de Unidades. Nombrado en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, que descubrió la propagación de las ondas electromagnéticas. El nombre fue establecido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC por sus siglas en Inglés) en 1930. Este fue adoptado por la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM, Conférence générale des poids et mesures) en 1960, reemplazando el nombre anterior de ciclos por segundo (cps), así como sus múltiplos relacionados, principalmente kilociclos por segundo (kc/s), megaciclos por segundo (Mc/s) y el ocasionalmente utilizado kilomegaciclo por segundo (kMc/s) y gigaciclo por segundo (Gc/s). El término ciclo por segundo fue completamente reemplazado por hercio hacia los años de 1970. Un hercio representa un ciclo por cada segundo, entendiendo ciclo como la repetición de un suceso. Por ejemplo, el hercio se aplica en física a la medición de la cantidad de veces por un segundo que se repite una onda (ya sea sonora o electromagnética), magnitud denominada frecuencia y que es, en este sentido, la inversa del período. Un hercio es la frecuencia de una partícula en un período de un segundo. Es importante en determinados tratamientos para conseguir el efecto deseado y a nivel de velocidad cuando se actúa sobre grandes áreas. En la siguiente tabla se calcula la superficie (cm2) para varios diámetros focales y velocidades de repetición: 142 Formas de Pulso Un aspecto de gran importancia es la forma de pulso que entrega el láser, generado en la cavidad de resonancia del mismo, y que puede ser contínuo, cuasicontínuo, picado, Q-switchado, multipluso en trenes de pulsos (micropulsos), superpulsado y ultrapulsado. A continuación se representan de forma gráfica las formas de distribución temporal de la energía durante el pulso: Siendo la potencia ( P ) una característica fija, propia de cada aparato y la superficie una variable que vendrá determinada por el tamaño de la zona a tratar o por la superficie del espot incidente, para poder aplicar la D.E ( Densidad de energía ) indicada en cada tipo de patología la única variable que hay que calcular es el tiempo de exposición. Este tiempo se calcula mediante la fórmula siguiente: T= D.E x ( S / P ) Éste sería el único cálculo necesario si todos los láseres emitiesen constantemente y de igual forma. Pero esto no es así, ya que mientras en algunos la emisión es continua, en otros es discontinua o pulsada como es el caso de del diodo de AsGa. Debido a las características especificas de este diodo, la emisión infrarroja que emite este tipo de láser es discontinua, en forma de impulsos de muy corta duración, con intervalos entre ellos. La duración de estos intervalos es modificable por el terapeuta, variando con ello la frecuencia de emisión del láser. En este caso, los datos que debe conocer el profesional son: -La potencia pico (Pp). -Duración del pulso (tp). -Frecuencia de emisión (F). A partir de ello podrá obtenerse la potencia media de emisión (Pm) del láser, que será el parámetro aplicable a la fórmula de cálculo de dosis y tiempo anteriormente desarrollada. Pm = Pp x tp x F 143 Distribución Espectral del Haz Además de la distribución temporal, también es importante la distribución de la energía en el haz del láser (gaussiana o en meseta también llamado rectangular), es decir en la distribución gausiana el 100% de la energía se obtiene en la parte central del haz, mientras que en la periferia en los láseres gaussianos se obtiene solamente alrededor de un 30% de la energía, esto depende del sistema de entrega, recordemos que en las fibras ópticas se pierde la coherencia espacial, no en los sistemas de entrega mediante espejos secuenciales (brazos articulados) en la que se puede transmitir prácticamente cualquier longitud de onda, también depende de la estimulación del resonador (ej.: radiofrecuencia en los CO2 diseñados en su día por Cohereent®), en cualquier caso en las mejores circunstancias pued obtenerse una energía en la periferia del 75-85%. En el caso de un pulso con distribución rectangular de la energía en su haz, se consigue penetrar de manera más uniforme y es necesario un solapamiento menor de los pulsos. La distribución espectral en forma de campana de gauss es típica de equipos en los que una misma pieza de mano ofrece diferentes diámetros de espot, ya que estos diferentes diámetros de espot se consiguen variando la distancia focal entre la lente de enfoque y la superficie de impacto debido a que utilizan un haz divergente, aunque cabe mencionar que también existen piezas de mano por separado de diferentes diámetros focales en las que únicamente varía la distancia de la lente de la superficie de impacto, es decir que también utilizan un haz divergente, además todo haz de luz láser entregado mediante una fibra óptica colocando una pieza de mano con lentes focalizadoras (bicócavas, cóncavo-divergentes y/o cóncavo-convergentes) es divergente más allá del distanciador de la pieza de mano. Sistemas de Refrigeración Cutánea Es un aspecto muy importante, ya que un buen sistema de refrigeración permite la utilización de fluencias y diámetros de spot mayores minimizando el riesgo de efectos adversos, fundamentalmente térmicos para el paciente. Estos sistemas pueden ser: - Aire atmosférico enfriado a 4ºC (en nuestra experiencia el sistema más eficaz, versátil, barato y duradero), se aplica un flujo de aire que puede variar de 100-600 litros/minuto mediante un dispositivo circular directamente a la piel o conectado a la pieza de mano del láser, permite el enfriamiento de la piel pre, durante y postratamiento, no es contaminante y disminuye las molestias durante los tratamientros médicos y estéticos. - Gel de ultrasonidos enfriado aplicado a la piel del paciente, en los sistemas de contacto como los láseres que llevan incorporado un cristal de zafiro en contacto directo con la epidermis, permite un mejor deslizamiento de la pieza de mano cuando se tratan grandes áreas. - Criógeno, HFC 134a (es un tetrafluoruro) el concepto de criógeno más habitual es la de líquido que hierve a temperaturas realmente bajas. Este elemento tiene diversas utilidades y aplicaciones, y en todas ellas su principal acción es enfriar la zona superficial de la piel sobre la que se dispara el láser. La zona en la cual se va a realizar el tratamiento láser, debe ser preparada con antelación, administrando en forma de líquido pulverizado el criógeno, precediendo a la descarga del láser, logrando enfriar la zona. Es un refrigerante muy eficaz para el sistema láser y un producto muy seguro. El dispositivo de enfriamiento dinámico (DCD o Dynamic Cooling 144 Device) es un sistema de enfriamiento de la epidermis durante los tratamientos no ablativos láser. El principal objetivo de este mecanismo es disminuir las posibles molestias que pueda sentir el paciente durante el tratamiento, consiguiendo refrigerar la zona de las capas más superficiales de nuestra piel mediante la pulverización de la sustancia (criógeno). El mecanismo DCD puede ser calibrado, para ajustar las dosis de criógeno dependiendo del tipo de piel de cada usuario, el tamaño del spot y la propia comodidad de la persona que acude a la sesión. Aunque se dice que se Consigue disminuir de forma significativa el riesgo de híper-pigmentación e hipo-pigmentación de la piel. Con ello se permite poder emplear frecuencias mucho más elevadas en el láser, aportando una mayor eficacia a los resultados de los tratamientos dermatológicos láser. Hemos visto casos de hiperpigmentación en los que el factor determinante podría ser el criógeno. - Cristal de zafiro, enfriamiento mediante pieza de cobre (amos de contacto y en ambos se pasa una corriente de agua enfriada 2-6ºC), produce un enfriameineto eficaz mediante contuctividad térmica. - Célula Peltier (efecto Peltier-Seebeck), consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos metales diferentes o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efecto es utilizado para la refrigeración termoeléctrica. Cuando se hace circular una corriente I a través del circuito, se desprende calor de la unión superior y es absorbido por la unión inferior. El calor de Peltier absorbido por la unión inferior por unidad de tiempo, es igual a: Donde Π es el coeficiente de Peltier ΠAB de la termopareja completa, y ΠA y ΠB son los coeficientes de cada material. El silicio tipo-p tiene un coeficiente Peltier positivo a temperaturas inferiores a 550 K y el silicio tipo-n tiene un coeficiente Peltier negativo. Los conductores intentan volver al equilibrio electrónico que existía antes de aplicar la corriente. Para ello absorben la energía de un foco y la desprenden en el otro. Las parejas individuales pueden ser conectadas en serie para incrementar el efecto. La dirección de la transferencia de calor es controlada por la polaridad de la corriente. Al invertir la polaridad se cambia la dirección de la transferencia y, como consecuencia, la unión donde se desprendía calor lo absorberá y donde se absorbía lo desprenderá. También se debe considerar que algunos sistemas producen una depencia absoluta de sus elementos consumibles. Otros Aspectos Además de los aspectos mencionados, también son importantes: - Necesidad, duración y precio de elementos consumibles (duración y precio de las lámparas, de las fibras ópticas, ventanas protectoras, cabeza del láser, fuente de alimentación, necesidad de utilizar cualquier tipo de elementos consumibles y precio), periodo de garantía de la máquina y posibilidad de contratos de mantenimiento. - Garantías y respuesta del servicio técnico de la casa comercializadora del sistema láser (donde está el servicio, como se puede contactar con el mismo, teléfono de urgencia, tiempo de reparación y/o sustitución de la máquina. - Marcado CE y otros certificados como el de la FDA - Existencia de publicaciones científicas, estudios clínicos serios multicéntricos sobre el equipo que se van a adquirir, departamento clínico y cursos de entrenamiento con la determinada máquina que se va a utilizar. 145 Bibliografía 1. Robert M, Basic laser principles, Dermatol Clin 15:355-73, 1997. 2. 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