Khóa luận Laser và ứng dụng trong y học

Nội dung text: Khóa luận Laser và ứng dụng trong y học

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ THU HUYỀN LASER VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cương HÀ NỘI – 2018
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ THU HUYỀN LASER VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cương Giáo viên hướng dẫn Th.S NGUYỄN THỊ THẮM HÀ NỘI – 2018
3. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý của trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ em trong quá trình học tập tại trường và tạo điều kiện cho em được làm khóa luận. Hơn thế nữa, em xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo Th.S Nguyễn Thị Thắm - người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này. Trong quá trình em nghiên cứu làm khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn hạn chế. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để khóa luận của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Phạm Thị Thu Huyền
4. LỜI CAM ĐOAN Khóa luận với đề tài “Laser và ứng dụng trong y học” là kết quả của cá nhân em trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Trong quá trình làm khóa luận em có tham khảo một số tài liệu được ghi trong phần “Tài liệu tham khảo”. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em, không trùng lặp với kết quả của các tác giả khác. Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Phạm Thị Thu Huyền
5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2 5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 6. Phương pháp nghiên cứu 2 7. Cấu trúc khóa luận 2 NỘI DUNG 3 CHƯƠNG 1 3 TỔNG QUAN VỀ LASER 3 1.1. Laser- nguồn gốc ra đời và phát triển 3 1.2. Cơ sở lí thuyết 4 1.2.1. Quá trình hấp thụ 5 1.2.2. Quá trình bức xạ tự phát 5 1.2.3. Phát xạ cưỡng bức 6 1.2.4. Cơ chế phát ra tia Laser 7 1.3. Cấu tạo máy phát Laser 8 1.3.1. Hoạt chất 9 1.3.2. Buồng cộng hưởng 9 1.3.3. Nguồn bơm 9 1.4. Nguyên lí hoạt động 10 1.5.1. Hệ nguyên tử làm việc với hai mức năng lượng 11 1.5.2. Hệ nguyên tử làm việc với ba mức năng lượng 11 1.5.3. Hệ nguyên tử làm việc với bốn mức năng lượng 12 CHƯƠNG 2 14 TÍNH CHẤT VÀ PHÂN LOẠI MỘT SỐ LASER 14
6. 2.1. Tính chất của Laser 14 2.1.1. Độ đơn sắc rất cao 14 2.1.2 .Độ định hướng cao 14 2.1.3. Có khả năng phát xung cực ngắn 14 2.1.4. Tính kết hợp cao về không gian và thời gian 14 2.1.5. Độ chói 15 2.1.6. Cường độ lớn 15 2.2. Phân loại một số Laser 15 2.2.1. Laser chất rắn 15 2.2.2. Laser chất khí 16 2.2.3. Laser chất lỏng 16 2.2.4. Laser bán dẫn 16 CHƯƠNG 3 17 MỘT SỐ ỨNG DỤNG LASER TRONG Y HỌC 17 3.1 . Phẫu thuật điều trị cận thị 17 3.1.1. Đặc điểm cấu tạo của mắt cận thị 17 3.1.2. Nguyên nhân phát triển cận thị 19 3.1.3. Phân loại cận thị 19 3.1.4. Ứng dụng Laser trong điều trị tật cận thị 20 3.2 . Thẩm mĩ điều trị sẹo lồi 22 3.2.1 . Cấu trúc của da 22 3.2.2. Cơ chế điều trị sẹo lồi 23 3.3 . Ứng dụng Laser trong châm cứu 23 3.4. Điều trị thoát vị đĩa đệm 25 3.4.1. Cấu trúc của đĩa đệm 25 3.4.2. Đặc điểm của bệnh thoát vị đĩa đệm và ứng dụng của Laser trong điều trị 26 3.5. Ứng dụng Laser trong điều trị ung thư 28
7. 3.5.1. Bản chất ung thư 28 3.5.2. Ứng dụng Laser trong điều trị ung thư 28 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
8. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật hiện đại được bắt đầu từ giữa những năm 40 của thế kỉ XX. Những phát minh trong khoa học kĩ thuật của ngành vật lí cuối thế kỉ XIX đầu thế kỉ XX như điện, thuyết electron, tia Ronghen và đặc biệt là Laser đã đóng góp to lớn vào bước tiến của nhân loại và trở thành tiền đề của cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật hiện nay. Bất kì danh sách nào điểm lại những thành tựu công nghệ chủ yếu của thế kỉ 20 cũng có tên Laser đầu tiên. Laser là một nguồn phát ánh sáng có tính chất đặc biệt hơn nguồn sáng thông thường hay các nguồn sáng nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực, tạo nên một cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật sau khi nó ra đời. Ngày nay, Laser đã trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống, nó đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực từ đồ chơi trẻ em, trong các ngành công nghiệp cho tới y học, rồi thăm dò vũ trụ, Đặc biệt là trong y học nó được dùng để phẫu thuật, điều trị vết thương, làm đẹp với độ chính xác và hiệu quả vô cùng cao so với các phương pháp truyền thống vẫn dùng, song những tài liệu quang học nói chung không đề cập rõ về vấn đề này. Chính vì những lí do đó em chọn đề tài tìm hiểu về “Laser và ứng dụng trong y học” nhằm đi sâu nghiên cứu hoạt động của Laser và ứng dụng của nó đối với lĩnh vực y học hiện nay. 2. Mục đích nghiên cứu Nắm được kiến thức về Laser trên nhiều phương diện như: cơ chế, cấu tạo, nguyên lí hoạt động, tầm quan trọng của nó. Ứng dụng của Laser trong y học. 1
9. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu và nắm vững cơ sở lí thuyết của Laser. Phân tích, tổng hợp đặc điểm của Laser. Tìm hiểu một số ứng dụng của Laser trong y học. 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng: . Cơ sở lí thuyết của Laser . Cấu tạo, nguyên lí hoạt động, sơ đồ các mức năng lượng . Tính chất chùm tia Laser . Một số ứng dụng Laser trong y học Phạm vi nghiên cứu: . Ứng dụng Laser trong y học 5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Hoàn thiện một cách có hệ thống và chi tiết hơn về Laser, đặc biệt công dụng của nó trong y học. Do đó, có thể làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu 7. Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu và kết luận, khóa luận bao gồm các nội dung sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VÀ PHÂN LOẠI LASER CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG LASER TRONG Y HỌC 2
10. NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LASER 1.1. Laser- nguồn gốc ra đời và phát triển LASER là chữ viết tắt của cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Ý tưởng về Laser được Einstein đưa ra từ năm 1917. Năm 1958, các nhà bác học Nga và Mĩ nghiên cứu độc lập với nhau, đã chế tạo thành công Laser đầu tiên. Năm 1916, sau khi được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học Đức, A.Einstein bằng tư duy trìu tượng cao, đã nêu lên thuyết: “ Nếu chiếu những nguyên tử bằng một làn sóng điện từ, sẽ có thể xảy ra một bức xạ “được kích hoạt” và trở thành một chùm tia hoàn toàn đơn sắc, ở đó tất cả những photon (quang tử) phát ra sẽ có cùng một bước sóng”. Mãi tới năm 1951 giáo sư Charles Townes (Mỹ) mới chú ý đến sự khuếch đại của sóng cực ngắn (vi sóng). Ông thực hiện một thí nghiệm mang tên Maser là khuếch đại vi sóng bằng bức xạ cảm ứng (Maser là chữ viết tắt của cụm từ tiếng anh Microwave Amplification by Emisson of Radiation). Ông đã thành công và Maser đầu tiên đó không tạo ra tia sóng một cách liên tục. Cùng vào thời gian đó hai nhà khoa học của Liên Xô là N.Basov và A.Prokhorov đã làm việc độc lập trên lĩnh vực lượng tử dao động và tạo ra máy khuếch đại vi sóng có nguyên lí gần như giống với Maser. Chính vì thế, năm 1964 cả ba nhà khoa học đó cùng được nhận giải thưởng Nobel vật lí về nền tảng cho lĩnh vực điện tử lượng tử. 3
11. Năm 1958 Townes và đồng sự của ông Schawlow đã xuất bản tạp chí khoa học và đăng kí bằng sáng chế và cho rằng “Maser quang học” có thể tạo ra tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được. Song tất cả chỉ là lí thuyết, cho đến khi Theodora Maiman, nhà khoa học của phòng thí nghiệm Hughes tại Malibu bang Califorlia dựa theo lí thuyết đó chế tạo ra máy Laser đầu tiên. Ngày 16/5/1960 T.Maiman chính thức tạo ra Laser từ tinh thể rắn hồng ngọc. Tia sáng do ông tìm ra là luồng ánh sáng rất tập trung và có độ hội tụ lớn, hoàn toàn thẳng, rõ nét, thuần khiết, màu đỏ lộng lẫy và chiều dài bước sóng đo được là 0.694 micromet. Những năm tiếp theo, các nhà khoa học khắp nơi đã tạo ra nhiều loại Laser bằng cách đưa vào thanh hoạt chất thể khí (như CO2 hoặc He, Ne, ) ta có Laser từ thể khí; đưa vào arsenire thì ta có tia Laser từ bán dẫn; rồi Laser rắn, Kì diệu là tùy theo hoạt chất đưa vào mà màu sắc Laser được tạo ra có màu sắc trở lên khác nhau và trở nên càng lung linh huyền ảo hơn. 1.2. Cơ sở lí thuyết Theo quan điểm lượng tử, các nguyên tử có thể có một số mức năng lượng gián đoạn E1, E2, E3, mà không có trạng thái năng lượng trung gian ví dụ giữa E1 và E2, hoặc giữa E2 và E3 Trong điều kiện bình thường các nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp nhất E1 hay còn gọi là nguyên tử ở 4
12. trạng thái cơ bản. Khi có sự tác động vật lí hay hóa học từ bên ngoài, các nguyên tử này có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ, phát xạ các tia sáng theo giả thuyết của A. Einstein. Bước sóng của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa các mức năng lượng. 1.2.1. Quá trình hấp thụ Bình thường nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản, trạng thái có năng lượng thấp nhất. Khi cấp năng lượng cho nguyên tử bằng một biện pháp nào đó, ví dụ do sự va chạm với các điện tử chuyển động nhanh hơn hoặc bằng nguồn nhiệt có nhiệt độ cao (ngọn lửa, hồ quang, tia lửa điện, ) các nguyên tử có thể chuyển động lên mức năng lượng cao hơn E2, E3, , En, người ta nói các nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích hay còn gọi là bị kích thích. E2 E2 E2 E1 E1 E1 Trạng thái đầu Trạng thái cuối Hạt ở mức năng lượng E1, khi được cung cấp một nguồn năng lượng h chúng sẽ hấp thụ và có sự dịch chuyển lên mức năng lượng cao hơn, chẳng hạn E2. Khi đó năng lượng photon cung cấp phải bằng hiệu hai mức năng lượng của dịch chuyển h E21 E 1.2.2. Quá trình bức xạ tự phát Phát xạ tự phát là quá trình các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao hơn tự nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn mà không cần kích thích từ bên ngoài. Khi đó các nguyên tử sẽ giải phóng năng lượng của mình dưới dạng 5
13. một photon ánh sáng. Năng lượng được giải phóng đúng bằng hiệu hai mức năng lượng. E2 E2 E2 Photon h E1 E E 1 1 Trạng thái đầu Trạng thái cuối Nguyên tử hay phân tử kích thích có một thời gian phát xạ đặc trưng, đó là thời gian trung bình mà chúng tồn tại ở trạng thái năng lượng cao trước khi rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon. Thường sau một khoảng thời gian ngắn 10-7-10-8s các nguyên tử ở trạng thái kích thích sẽ tự quay về trạng thái năng lượng thấp hơn (trạng thái cơ bản hay trạng thái kích thích nào đó ở mức năng lượng thấp hơn). Bởi vì những sự chuyển tự phát của cùng một nguyên tử ở các thời điểm khác nhau, cũng như của các nguyên tử khác nhau ở cùng một thời điểm không có liên hệ gì với nhau, cho nên pha, biên độ của bức xạ tự phát cũng độc lập với nhau. Do đó bức xạ tự phát là bức xạ không kết hợp. 1.2.3. Phát xạ cưỡng bức Khi nguyên tử đang ở trạng thái kích thích sẵn sàng phát ra photon có năng lượng  h , bắt gặp một photon có năng lượng  ' đúng bằng h , bay lướt qua nó thì lập tức nguyên tử này cũng bị cưỡng bức rời khỏi mức kích thích sớm hơn thời gian sống của nó và phát ra photon  . Photon  có cùng năng lượng và bay cùng phương với photon  ' . 6
14. Trong trường hợp này photon kích thích không bị mất mát như trong trường hợp hấp thụ. Photon này vẫn tồn tại và duy trì những tính chất ban đầu của n ó về pha, tần số, độ phân cực, E E2 E2 2 հν հν հν E E1 E1 1 Trạng thái đầu Trạng thái cuối Như vậy khi một photon thích hợp bay qua một nguyên tử ở trạng thái kích thích thì do hiện tượng phát xạ cảm ứng sẽ tạo ra hai photon như nhau bay cùng phương. Hai photon này bay qua hai nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích khác sẽ xuất hiện bốn photon giống nhau bay cùng phương Do đó số photon tăng theo cấp số nhân . Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số photon, tức là có khả năng khuếch đại ánh sáng môi trường. Đó cũng chính là nguyên lí của hiện tượng phát Laser. 1.2.4. Cơ chế phát ra tia Laser Ta biết rằng ở điều kiện cân bằng nhiệt động lực học bình thường bao giờ số nguyên tử ở trạng thái năng thấp cũng nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao. Một lí do nữa khiến phát xạ cưỡng bức khó xảy ra trở nên hiển nhiên là khi xem xét các sự kiện có thể xảy ra quanh sự phân hủy của một electron từ trạng thái kích thích với sự phát xạ ánh sáng và tự phát. Ánh sáng phát xạ có thể dễ dàng kích thích các nguyên tử bị kích thích khác nhưng nó cũng có thể gặp phải nguyên tử ở trạng thái cơ bản và bị hấp thụ thay vì cưỡng bức kích thích gây ra phát xạ. Mà số nguyên tử ở trạng thái kích thích ít hơn nhiều so với trạng thái cơ bản nên photon phát xạ có khả năng bị hấp thụ nhiều hơn và số phát xạ cưỡng bức cũng không đáng kể so với số phát xạ tự phát (ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học). 7
15. Do đó để sự phát xạ cưỡng bức trở nên lấn át hay nói cách khác là chế tạo ra Laser thì ít nhất phải có một trạng thái năng lượng cao có số nguyên tử nhiều hơn một trạng thái năng lượng thấp sao cho số photon phát xạ có khả năng kích thích nhiều hơn là bị hấp thụ. Đó được gọi là sự nghịch đảo mật độ cư trú. Như vậy muốn đạt được sự nghịch đảo mật độ cư trú cho hoạt động của Laser thì ta phải hoặc tạo ra số nguyên tử ở mức năng lượng cao nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp hoặc làm giảm số nguyên tử ở mức năng lượng thấp. Mà với hoạt động liên tục của Laser thì phải đảm bảo vừa làm tăng số nguyên tử ở mức năng lượng cao vừa phải làm giảm số nguyên tử ở mức năng lượng thấp khi đó ta mới thu được dòng thác photon. Thêm nữa là lượng thời gian mà nguyên tử trải qua ở một trạng thái kích thích là yếu tố quyết định việc xác định nó sẽ bị phát xạ cưỡng bức và tham gia vào dòng thác photon hay sẽ mất năng lượng do quá trình tự phát. Các trạng thái kích thích thường có thời gian sống không lâu chỉ vài nano giây trước khi giải phóng năng lượng của mình bằng phát xạ tự phát. Do đó yêu cầu tối thiết cho hoạt động của Laser là phải làm cho các mức năng lượng cao phải có thời gian sống lâu hơn. Với thời gian sống trong trạng thái này khoảng micro giây các nguyên tử sẽ bị kích thích bởi photon khác, đảm bảo tạo ra một lượng đáng kể phát xạ cưỡng bức. Tùy thuộc vào loại nguyên tử, phân tử người ta có cách để nghịch đảo mật độ cư trú khác nhau. Chẳng hạn ta có thể dùng bơm quang học với chất rắn, dùng phương pháp bơm bằng dòng điện đối với bán dẫn, 1.3. Cấu tạo máy phát Laser Về cơ bản cấu tạo của một máy phát Laser gồm các bộ phận chính được mô tả bởi hình vẽ sau: 8
16. Trong đó: Hoạt chất (1) Nguồn bơm (2) Buồng cộng hưởng (3,4) Tia Laser (5) Cụ thể chúng ta đi tìm hiểu từng bộ phận: 1.3.1. Hoạt chất Hoạt chất là môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí, bán dẫn, ) có khả năng khuếch đại ánh sáng đi qua nó. 1.3.2. Buồng cộng hưởng Buồng cộng hưởng có vai trò là làm cho bức xạ do hoạt chất phát ra có thể đi lại nhiều lần qua hoạt chất để được khuếch đại lên. Thành phần chủ yếu của buồng cộng hưởng là hai gương phản xạ. Một gương có hệ số phản xạ rất cao, cỡ 99,99%, và một gương có hệ số phản xạ thấp hơn để tia Laser có thể thoát ra ngoài. Một trong các gương có thể được thay bằng lăng kính hoặc cách tử tùy theo yêu cầu. Hai gương phản xạ có thể để xa hoạt chất hoặc gắn chặt với hoạt chất. 1.3.3. Nguồn bơm Nguồn bơm là bộ phận cung cấp năng lượng để tạo sự đảo lộn mật độ trong hai mức nào đó của hoạt chất và duy trì sự hoạt động của Laser. Tùy theo môi trường hoạt chất của Laser mà người ta chọn phương pháp kích thích khác nhau: 9
17. Kích thích bằng ánh sáng, bơm quang học, đây là loại kích thích ánh sáng phổ biến. Hoạt chất thu năng lượng bơm qua quá trình hấp thụ. Có thể kích thích bằng nguồn sáng kết hợp hoặc không kết hợp. Ví dụ: Laser Nd:YAG, laser Ruby, Kích thích bằng dòng điện, bằng va chạm điện tử: dùng điện trường cao để kích thích hạt truyền năng lượng cho tâm hoạt chất nhờ quá trình va chạm. Phương pháp này chủ yếu dùng cho Laser khí và bán dẫn. 1.4. Nguyên lí hoạt động ( : e ở mức cơ bản : e ở mức kích thích) Bình thường các ngyên tử tồn tại ở mức cơ bản E1 Sau đó cung cấp năng lượng nhờ bơm quang học để tạo ra sự nghịch đảo mật độ cư trú trong máy phát Laser Lúc này các nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, chúng bức xạ cảm ứng phát ra các photon, các photon này kích thích các nguyên tử khác bức xạ tạo ra dòng thác photon theo cấp số nhân. Chúng di chuyển theo các hướng. Các photon được tạo ra một lượng lớn sẽ thoát ra khỏi ống, số còn lại sẽ di chuyển dọc theo trục ống đến hai gương bị phản xạ qua lại, va chạm thêm với nhiều nguyên tử đang ở trạng thái kích thích khác và sinh thêm nhiều photon khác trong thời gian vài phần triệu giây. 10
18. Khi số photon chuyển động dọc theo trục ống tăng đến một cường độ nhất định, thì các photon này sẽ đi qua gương bán mạ và hình thành tia Laser thoát ra bên ngoài. 1.5. Cơ chế làm việc của Laser 1.5.1. Hệ nguyên tử làm việc với hai mức năng lượng E2 E1 Ta biết rằng ở trạng thái bình thường khi không có tác động của bên ngoài thì số nguyên tử ở mức năng lượng thấp bao giờ cũng lớn hơn số nguyên tử ở mức năng lượng cao hơn, tức là N1>N2. Sử dụng nguồn bơm để kích thích các nguyên tử từ mức 1 lên mức 2 nhờ quá trình hấp thụ. Theo thời gian số nguyên tử ở mức 1 giảm, mức 2 tăng dần. Tuy nhiên đến khi N1=N2 thì hệ số hấp thụ bằng 0, khi đó hệ trở nên bão hòa và không thể hấp thụ ánh sáng được nữa, không thể đẩy hạt từ mức 1 lên mức hai dù ta tiếp tục bơm. Vậy ta không thể tạo được sự nghịch đảo mật độ cư trú từ hai mức năng lượng. 1.5.2. Hệ nguyên tử làm việc với ba mức năng lượng Xét hệ ba mức năng lượng có E1<E2<E3 ứng với số nguyên tử trên mỗi mức là N1, N2, N3. Trong ba mức này mức 1 là mức cơ bản, mức 2,3 là mức kích thích. 11
19. E3 E2 Laser E1 Nhờ bơm quang học hạt được kích thích nhảy từ mức 1 lên mức 3. Để tần số bơm không quá đơn sắc thì người ta chọn hoạt chất có mức 3 có độ rộng tương đối lớn. Sau khi lên mức 3 thì hạt chuyển động phát xạ tự phát về mức 2 gần đó. Cũng xảy ra trường hợp hạt nhảy từ mức 3 về mức 1 nhưng xác suất này rất nhỏ so với dịch chuyển từ mức 3 về mức 2. Do mức 2 là mức siêu bền có thời gian sống lớn, lớn hơn so với mức 1 và 3 nên hạt không chuyển về mức 1 ngay. Các hạt đang ở mức 2 thì quá trình bơm vẫn tiếp tục, các điện tử từ mức 3 vẫn nhảy về mức 2. Cho đến khi N2>N1, lúc này có sự nghịch đảo mật độ cư trú trên mức 2 và 1, ta thu được khuếch đại. 1.5.3. Hệ nguyên tử làm việc với bốn mức năng lượng Xét hệ làm việc với bốn mức năng lượng E1<E2<E3<E4 tương ứng với số hạt trên mỗi mức là N1, N2, N3, N4. Mức 1 là mức cơ bản, mức 2 và 4 là mức kích thích cao có thời gian sống ngắn, mức 3 là mức siêu bền, mức 2 là mức kích thích gần mức cơ bản có thời gian sống bé hơn mức 3. E4 E 3 Laser E2 E 1 12
20. Nhờ nguồn bơm các hạt hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái năng lượng E4. Các hạt dịch chuyển phát xạ tự phát từ mức 4 về mức 3 và từ mức 2 xuống 1 do thời gian sống của hạt ở mức 4 và 2 rất bé. Thời gian sống của hạt ở mức 3 lớn do nó là mức siêu bền, lớn hơn mức 2 và 4 rất nhiều. Kết quả là số hạt tập trung ở mức này lớn hơn số hạt ở mức 2. Vậy giữa mức 3 và 2 có sự nghịch đảo mật độ cư trú. Thêm nữa là trước khi bơm ở mức 3 đã có các hạt nên khi bơm thì số hạt được tăng thêm tạo ra sự khuếch đại. Một ưu điểm của hệ làm việc này là hạt sẽ tự động rơi xuống mức 1 cung cấp cho quá trình bơm. Vậy để tạo được sự nghịch đảo mật độ cư trú ta cần chọn môi trường hoạt chất hoạt động theo sơ đồ 3 và 4 mức năng lượng. 13
21. CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT VÀ PHÂN LOẠI MỘT SỐ LASER 2.1. Tính chất của Laser Tia Laser có đầy đủ các tính chất của ánh sáng như: giao thoa, nhiễu xạ, phản xạ, khúc xạ, Ngoài ra nguồn Laser khác hẳn với nguồn sáng thông thường (như nhiệt, điện, ) nên tia Laser có những tính chất đặc biệt khác bức xạ thông thường. 2.1.1. Độ đơn sắc rất cao Độ rộng phổ của chùm tia Laser rất nhỏ (đối với Laser He-Ne ∆λ≈0.1A0) do đó chùm sáng có độ đơn sắc cao nhất, chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất. Đây là tính chất rất quan trọng vì hiệu quả tác dụng của Laser khi tương tác với vật chất, với các tổ chức sinh học phụ thuộc vào yếu tố này. Do vậy chùm tia Laser ít bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau. 2.1.2 .Độ định hướng cao Do cơ cấu của buồng cộng hưởng Laser nên các tia Laser phát ra hầu như song song với nhau (góc mở giữa các tia là rất nhỏ). Chính vì thế Laser có độ định hướng khá lí tưởng, chúng có khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị tán xạ, đến mức người ta có thể dùng Laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ. 2.1.3. Có khả năng phát xung cực ngắn Xung ngắn cỡ mili giây (ms), nano giây (ns), pico giây (ps), cho phép tập trung năng lượng tia Laser cực lớn trong thời gian cực ngắn. 2.1.4. Tính kết hợp cao về không gian và thời gian Chùm tia Laser có thể dài tới cỡ vài trăm km điều này có nghĩa là các vân giao thoa vẫn có thể được tạo ra khi chồng chất hai chùm sóng riêng biệt 14
22. có hiệu quang lộ cỡ khoảng cách nói trên. Thời gian kết hợp đối với tia Laser khoảng 10-2-10-1s, đối với tia sáng thường là 10-8s. 2.1.5. Độ chói Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho độ rộng của phổ. Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên Laser có độ tập trung các tia sáng rất cao. Ví dụ: Laser có công suất thấp là Laser He-Ne cũng có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói của mặt trời. Những Laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời. 2.1.6. Cường độ lớn Cường độ của tia Laser lớn gấp bội lần cường độ của tia sáng nhiệt. Ví dụ: Laser khí He-Ne có công suất thấp cỡ 1mW ở chế độ liên tục phát ra photon nằm trong vùng nhìn thấy được có cường độ gấp cỡ 104 lần nguồn nhiệt có nhiệt độ cỡ 1000K bức xạ từ diện tích A =1cm2 và cũng phát sóng trong vùng nhìn thấy được. 2.2. Phân loại một số Laser Có nhiều cách phân loại Laser, dưạ vào môi trường hoạt chất người ta chia ra: 2.2.1. 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: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz. Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng. 15
23. 2.2.2. Laser chất khí Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5nm. He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài chục mW. Trong y học được sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu. CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ. 2.2.3. Laser chất lỏng Môi trường hoạt chất là chất lỏng: Laser vô cơ Oxyd- Chloride- Neodym- Selen: hoạt chất là hợp chất vô cơ Oxyd- Chloride- Neodym- Selen có sử dụng thêm dung dịch đệm như + 2- (SeOCl )2SnCl6 . Laser Chelate hữu cơ- đất hiếm: hoạt chất là Chelate- là hợp chất hữu cơ được hợp thành từ ion Benzoylacetonate hợp cới ion đất hiếm hóa trị 3. Laser màu- Dyer Laser: sử dụng các hợp chất màu hữu cơ làm hoạt chất, các hợp chất màu thường là chất hữu cơ phức tạp như Rodamin B, Rodamin 6G,Coumarin, hấp thụ mạnh ánh sáng từ vùng ánh sáng từ vùng tử ngoại đến vùng khả kiến. 2.2.4. Laser bán dẫn Có cấu trúc từ các lớp tiếp xúc p-n. Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần. 16
24. CHƯƠNG 3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG LASER TRONG Y HỌC Những ứng dụng của Laser trong y học đã được nghiên cứu khá sớm từ những năm 1962-1963 của thế kỉ 20, lúc đầu Laser được dùng trong điều trị bong võng mạc, từ đó đến nay nó được ứng dụng rộng rãi trong y khoa, trong cả điều trị và làm đẹp, 3.1 . Phẫu thuật điều trị cận thị 3.1.1. Đặc điểm cấu tạo của mắt cận thị Về cấu tạo của mắt theo chiều từ ngoài vào trong gồm các bộ phận : Giác mạc (màng giác): là lớp màng cứng trong suốt bảo vệ mắt và làm khúc xạ các tia sáng đi vào mắt. Thủy dịch: là chất lỏng trong suốt có chiết suất xấp xỉ bằng chiết suất của nước. Lòng đen: màn chắn sáng, ở giữa có lỗ tròn nhỏ cho ánh sáng đi qua được gọi là con ngươi. Con ngươi có đường kính thay đổi tùy thuộc theo cường độ sáng. 17
25. Thể thủy tinh: khối chất đặc trong suốt (giống như thạch) có hình dạng thấu kính hai mặt lồi (thấu kính hội tụ) gọi là thấu kính mắt. Tiêu cự của thấu kính mắt gọi là tiêu cự thấu kính mắt. Dịch thủy tinh: chất lỏng, giống chất keo loãng lấp đầy phía sau thể thủy tinh. Võng mạc (màng lưới): lớp mỏng nơi tập trung đầu các sợi thần kinh thị giác. Khi mắt nhìn một vật, ảnh thật của vật được tạo ra ở võng mạc. Ở võng mạc có điểm rất nhỏ màu vàng là nơi nhạy sáng nhất được gọi là điểm vàng, điểm không nhạy với ánh sáng được gọi là điểm mù. Đặc điểm của mắt cận thị: nhìn xa kém do mắt cận có độ tụ lớn hơn mắt bình thường. Điểm cực viễn (Cv) của mắt cận cách mắt một khoảng không lớn (cỡ 2m trở lại). Điểm cực cận (Cc) của mắt cận ở gần mắt hơn so với mắt bình thường. Một chùm tia sáng song song truyền đến mắt cận sẽ cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm trước võng mạc. + Cận thị bẩm sinh thường được phát hiện sớm khi trẻ 1-2 tuổi, cận thị bẩm sinh thường có số kính cao và tăng số nhanh bất bình thường. + Cận thị khởi phát ở thiếu niên là cận thị xuất hiện ở trẻ từ 5-6 tuổi, và được phát hiện khi trẻ đến trường. Trẻ em nhìn không rõ mờ khi vật ở xa, 18
26. không phân biệt hoặc nhầm lẫn rõ nét số và chữ trên bảng, mỏi mắt khi đọc sách, tiến gần khi xem vô tuyến, xem phim. + Cận thị khởi phát ở người lớn xuất hiện ở khoảng 20 tuổi. Công việc nhìn gần nhiều là yếu tố nguy cơ cho sự phát triển cận thị ở tuổi này. 3.1.2. Nguyên nhân phát triển cận thị Có nhiều nguyên nhân gây phát triển cận thị. Các nguyên nhân chính là: - Làm việc, nhìn gần bằng mắt nhiều (trong điều kiện ánh sáng thiếu và không được nghỉ ngơi thích hợp). - Di truyền. - Thành củng mạc (lớp vỏ nhãn cầu) đàn hồi kém. Cơ địa mắt to hơn bình thường. - Cơ điều tiết mắt phát triển kém: bẩm sinh, nguyên phát. 3.1.3. Phân loại cận thị Cận thị có nhiều loại khác nhau. - Cận thị sinh lý (thường gọi là cận thị học đường): thường xuất hiện ở học sinh phổ thông, cận thị nhẹ hoặc vừa. - Cận thị bệnh lí (cận thị ác tính, cận thị tiến triển, cận thị thoái hoá) do khúc xạ của giác mạc hoặc thể thuỷ tinh cao hơn bình thường hoặc độ dài trục nhãn cầu phát triển quá mức bình thường, độ cận thị thường trên 6,0 dp, số kính cận thị tăng trên 1,0 dp/ năm và có tổn hại dịch kính, võng mạc). Cận thị có thể dược phân chia thành 3 loại sau: - Cận thị nhẹ - 6,0dp. Nếu người cận thị có kính cận thị tăng nhanh trên 1,0 dp/ năm thì sẽ tiếp tục tăng sau tuổi trưởng thành, có khi tới -20,0 dp. Trục nhãn cầu phát triển quá mức dễ gây biến chứng cận thị: giãn lồi võng mạc, xuất huyết võng 19
27. mạc, dịch kính, thoái hoá , teo hắc võng mạc dẫn đến giảm thị lực trầm trọng gây mù loà. 3.1.4. Ứng dụng Laser trong điều trị tật cận thị Mắt cận thị có công suất hội tụ của giác mạc và thuỷ tinh thể quá lớn, hoặc trục nhãn cầu quá dài do vậy để khắc phục tình trang này ngoài phương pháp đeo kính phân kỳ hay phẫu thuật truyền thống ngày nay người ta sử dụng Laser.Ứng dụng Laser trong điều trị tật cận thị của mắt được tiến hành trên giác mạc của mắt, cấu tạo giác mạc của mắt gồm: Lớp biểu mô: là lớp ngoài bảo vệ, có đặc tính tự phục hồi khi bị thương. Do giác mạc không có mao mạch nên oxy được lớp biểu mô lấy từ nước mắt phủ trên mắt, biểu mô điều khiển sự chuyển động của chất lỏng trong mắt. Lớp màng Bowmans: nằm dưới lớp biểu mô, có chức năng bảo vệ và tham gia quá trình nuôi dưỡng giác mạc. Nhu mô: là phần lớn nhất của giác mạc, nó gồm các “sợi” xếp thành thớ ngang. Nó có các tế bào hồi sinh. Màng Descemet: ngăn cách phía trong giác mạc với một lớp biểu mô trong. Màng này có độ co giãn lớn và khó bị tổn thương. Lớp nội mô trong cùng (endotelyi): là lớp tế bào giữ cho giác mạc có màu trong suốt và thực hiện chức năng nuôi dưỡng giác mạc. 20
28. Laser được sử dụng trong điều trị tật cận thị là Laser Excimer, nó chỉ tác động lên giác mạc của mắt và chủ yếu dựa vào hiệu ứng bóc lớp. Đầu tiên chiếu chùm tia laser lên biểu mô giác mạc, bức xạ laser vùng tử ngoại này bị nước hấp thụ rất mạnh do đó nó có độ xuyên sâu rất thấp. Đến lớp nhu mô tại đây các phần tử hữu cơ hấp thụ năng lượng photon đến một giá trị ngưỡng nhất định, đủ lớn mạch hữu cơ bị đứt gãy xảy ra các “vi nổ” từ đó nước bị đẩy ra khỏi tổ chức, lớp nhu mô này tạo thành từng lớp và được bóc tách làm giảm độ cong của giác mạc, khắc phục được đặc điểm của tật cận thị. 21
29. Với việc ứng dụng laser trong điều trị tật cận thị thay cho dao cắt truyền thống đã loại bỏ được các biến chứng trong phẫu thuật như gây rách hay viêm giác mạc, .đồng thời khiến cho việc tái cận ở mức rất thấp. Việc ứng dụng Laser trong điều trị tật cận thị của mắt chỉ được chỉ định cho đối tượng: - 18 tuổi trở nên - Tình trạng khúc xạ ổn định từ 6 tháng trở nên (không khác biệt quá 0.5D giữa hai lần đo). - Độ dày giác mạc nền còn lại >0.25 micromet. - Không kèm theo các bệnh lí chống chỉ định khác (tiểu đường, bà mẹ mang thai đang, cho con bú, ) thì mới đủ điều kiện để phẫu thuật. Với chi phí của một ca phẫu thuật mổ mắt cận thị ngày nay là từ 11 đến 14 triệu đồng đã đưa đến cơ hội cho nhiều người lấy lại đôi mắt với thị lực bình thường. 3.2 . Thẩm mĩ điều trị sẹo lồi 3.2.1 . Cấu trúc của da Da là cơ quan lớn nhất trên cơ thể, chiếm 16% trọng lượng cơ thể và có diện tích bề mặt lên đến 1.8m2. Cấu trúc da gồm 3 phần chính: Lớp biểu bì: đây là lớp ngoài cùng của da, hoạt động như rào cản giữa cơ thể và môi trường. Tế bào chính của lớp biểu bì là những tế bào sừng. Từ ngoài vào trong lớp biểu bì gồm: lớp sừng, lớp hạt, lớp gai và lớp đáy. Lớp trung bì: có độ dày khác nhau tùy thuộc từng vùng da, từ 0.6-3mm. Nó nằm dưới lớp biểu bì bao gồm hai lớp:lớp nhú mỏng và lớp nhú dày. Lớp trung bì được cấu tạo bởi các nguyên bào sợi, sản xuất collagen, elastin và axit hyaluronic. Các sợi collagen chiếm 70% trọng lượng lớp trung bì và tạo ra độ dẻo dai cho da. 22
30. Sẹo lồi hình thành ở các vết thương hở do sự tăng sinh quá mức của các sợi collagen khiến cơ phát triển quá nhanh, quá thừa để bù đắp vào các vùng da bị tổn thương từ đó hình thành các vết sẹo lồi ở trên bề mặt da. Lớp hạ bì nằm bên dưới lớp biểu bì và trung bì bao gồm chủ yếu là chất béo, mạch máu và thân kinh. Lớp này đóng vai trò như một tấm đệm và bảo vệ cho cơ thể. 3.2.2. Cơ chế điều trị sẹo lồi Laser được sử dụng trong điều trị sẹo lồi là Laser CO2, Laser liên tục phát ra ánh sáng hồng ngoại có bước sóng 10.6nm, bước sóng này được nước hấp thu rất mạnh. Vì mô mềm trong da đa phần là nước nên tia Laser CO2 có thể bóc tách các tổ chức mô da rất tốt, do đó mà nó được ứng dụng hiệu quả trong điều trị sẹo. Sử dụng Laser CO2 là phương pháp trị sẹo không cần phẫu thuật, không gây xâm lấn, không có sự tác động của dao kéo nên hạn chế tổn thương cho cơ thể. 3.3 . Ứng dụng Laser trong châm cứu Châm cứu cổ truyền là phương pháp sử dụng các kim nhỏ chích vào huyệt đạo của người bệnh sau đó xoay nhẹ các kim này tức là dùng kích thích cơ học để chữa bệnh. Một trong những nhược điểm chính của phương pháp 23
31. này là nếu chúng ta vệ sinh kim không kĩ hoặc do tác động của môi trường các kim có thể bị nhiễm trùng hoặc lan truyền bệnh qua đường kim, chính vì vậy mà ngày nay người ta sử dụng Laser để châm cứu. Châm cứu bằng Laser là phương pháp sử dụng ánh sáng có tần số thấp (thông thường là ánh sáng hồng ngoại) chiếu vào các huyệt vị trên cơ thể người. Chúng không có tác dụng diệt vi khuẩn một cách trực tiếp nhưng nhờ sự kích thích hoạt động của thực bào giúp tăng cường khả năng miễn dịch cho cơ thể. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng đâm xuyên của chùm tia Laser. Các tia Laser được chiếu cho đi sâu vào trong các huyệt đạo, sự tương tác của các photon trong chùm tia với các mô ở huyệt đạo gây ra sự kích thích có tác dụng giống sự kích thích cơ. Ưu điểm khi sử dụng Laser trong châm cứu là không cần phải xác định chính xác huyệt đạo 100% bởi tia Laser có độ phủ lớn tác động hoàn toàn lên mạch xung quanh vị trí chiếu tia Laser, khắc phục hoàn toàn nhược điểm của phương pháp truyền thống. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng sử dụng Laser trong châm cứu giảm đau bằng 2/10 so với phương pháp châm cứu sử dụng kim châm, người bệnh cũng cảm thấy thoải mái và bớt gánh nặng tâm lí hơn. 24
32. 3.4. Điều trị thoát vị đĩa đệm Cột sống được xem như một trụ cột chống đỡ sức nặng của trọng lượng cơ thể bao gồm nhiều đốt sống riêng lẻ nhờ hệ thống khớp, dây chằng, cơ và đĩa đệm kết nối chúng lại thành một trục. Trong đó đĩa đệm là bộ phận nối giữa 24 khoang đốt sống có thể cử động của con người có nhiệm vụ làm cho các cột sống của cơ thể có thể cử động một cách linh hoạt. Trong quá trình vận động các đốt sống bị nén, xoắn hoặc tác động bởi những lực rất lớn nhưng không bị tổn thương do đã được đĩa đệm phân tán và chịu lực. Nhờ có đĩa đệm mà cột sống hạn chế được những nguy hại do lực tác động ở các cường độ khác nhau. 3.4.1. Cấu trúc của đĩa đệm Cấu trúc của đĩa đệm: Người trưởng thành có chiều dày đĩa đệm cột sống cổ từ 3-4mm; cột sống lưng từ 5-6mm; cột sống thắt lưng 8-9mm. Đĩa đệm có cấu trúc gồm 3 phần chính là: bao xơ, nhân keo và tấm sụn tận cùng. Cụ thể: 25
33. - Bao xơ: đây là lớp bao bọc bên ngoài nhân keo. Cấu tạo chính của bao xo là các vòng sợi collagen. Các vòng này rất dẻo, có khả năng đàn hồi cao. Rất nhiều vòng collagen ôm lấy nhau thành nhiều lớp hình elip bao lấy phần nhân keo. Lớp ngoài cùng của bao xơ bám lấy mang xương và gián tiếp bàm vào viền đốt sống. Lớp trong của bao xơ bám lấy bề mặt sụn thân sống lưng. Bên cạnh bảo vệ nhân keo, bao xơ còn giúp chống lại các lực căng hướng ngang, hoặc hướng lực vặn xoắn. chức năng này đảm bảo cho cột sống giữ được đúng trục. - Nhân keo: có tính ngậm nước cao. Nhân keo ở trẻ em chứa tới hơn 80% nước. Khi trưởng thành, nhân keo mất nước. Ở người già chỉ còn hơn 60% nước trong nhân keo. - Tấm sụn tận cùng: nằm giữa mâm sụn thân sống và lớp ngoài của bao xơ là các tấm sụn tận cùng. Tấm sụn này giúp bảo vệ bề mặt của sụn và thân đốt sống khỏi bị nhân nhầy ép vào. 3.4.2. Đặc điểm của bệnh thoát vị đĩa đệm và ứng dụng của Laser trong điều trị. 26
34. Thoát vị đĩa đệm là bệnh lí về xương khớp khá phổ biến trong cuộc sống hiện nay do nhiều thói quen lao động, sinh hoạt gây ra. Khi bao sơ bị rạn, rách, hoặc mất khả năng co dãn bình thường, nhân nhầy phía trong sẽ dịch chuyển và không còn nằm tại vị trí bình thường gây ra hiện tượng thoát vị đĩa đệm. Quá trình dịch chuyển đĩa đệm gây ra sự chèn ép lên các dây thần kinh đốt sống cổ và đốt sống lưng. Để điều trị thoát vị đĩa đệm ngày nay người ta đã sử dụng Laser, một phương pháp tân tiến nhất hiện nay. Ứng dụng Laser trng điều trị thoát vị đĩa đệm lần đầu tiên được thực hiện tại Áo vào năm 1986 bởi Choy và Ascher. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào tính chất đặc biệt của ánh sáng Laser mà không một nguồn sáng nào có thể có được như độ đơn sắc cực cao, Năng lượng Laser được tập trung để làm bốc bay hơi một lượng nhân nhầy nhỏ.Khi vào nhân nhầy, năng lượng Laser sẽ làm quang đông và bốc bay một phần nhân nhầy. Điều này giúp áp suất trong đĩa đệm giải phóng sự chèn ép các cấu trúc thần kinh và mạch máu. 27
35. Với phương pháp đảm bảo không phá vỡ cấu trúc cột sống cũng như sẹo tại khu vực rễ thần kinh, ít xâm lấn so với các phương pháp cũ nên nhanh chóng giúp người bệnh sớm phục hối, sinh hoạt bình thường. 3.5. Ứng dụng Laser trong điều trị ung thư 3.5.1. Bản chất ung thư Ung thư là quá trình bệnh lí trong đó một số tế bào thoát khỏi sự kiểm soát, sự biệt hóa sinh lí của tế bào và tiếp tục nhân lên. Những tế bào này có khả năng xâm lấn và phá hủy các tổ chức chung quanh. Đồng thời chúng di trú và phát triển ở nhiều cơ quan khác nhau và hình thành nên di căn, cuối cùng gây tử vong. Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của AND, tạo nên các đột biến gen thiết yếu điều chỉnh quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan trọng khác. Một hoặc nhiều đột biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh không kiểm soát và tạo thành khối u. Khối u là một mô bất thường, có thể ác tính, tức ung thư hoặc lành tính tức không gây ung thư. Chỉ những khối u ác tính thì mới xâm lấn mô khác và di căn. 3.5.2. Ứng dụng Laser trong điều trị ung thư Do đặc điểm ưu việt của Laser so với các loại ánh sáng khác là có độ đơn sắc cao và độ định hướng lí tưởng, nhờ đó ta có thể tập trung năng lượng của chùm tia Laser vào một điểm rất nhỏ có kích thước bằng bước sóng. Tính chất quan trọng này của Laser được ứng dụng rộng rãi trong điều trị bệnh ung thư. Laser được sử dụng để điều trị bệnh ung thư là Laser có công suất cao, bởi với loại Laser này cho ta các hiệu ứng tiêu biểu: Hiệu ứng quang đông: xảy ra khi chiếu chùm tia Laser vào mô sống nó giúp hàn kết các tổ chức bị bong rách dưới tác dụng của tia Laser 28
36. Hiệu ứng nhiệt (hiệu ứng bốc bay hơi tổ chức): như đã biết chùm tia Laser có thể tập trung năng lượng vào điểm có kích thước cực kì nhỏ bằng bước sóng của chùm Laser. Do đó, nó sẽ làm bay hơi các khuôn rắn của tế bào và điều này được ứng dụng vào việc tiêu diệt các khối u ác tính. Ngoài ra, chùm tia Laser còn tạo ra hàng rào sinh học để ngăn chặn gây tổn thương các tế bào lành khác nhờ hiệu ứng quang đông. Hiệu ứng quang động học: là cơ sở của liệu pháp quang động học, hiệu ứng quan trọng được sử dụng phổ biến trong điều trị ung thư. Đầu tiên một chất nhạy quang được đưa vào cơ thể. Hoạt chất nhạy cảm ánh sáng này sẽ tập trung nồng độ rất cao ở khối u so với các mô lành, nó được sử dụng để đánh dấu khối u ung thư. Sau 42 giờ, tế bào lành sẽ thải hết các chất nhạy quang này ra ngoài, các tế bào ung thư chỉ thải hết chúng sau 72 giờ. Sau đó chiếu xạ vùng khối u bằng Laser sẽ xảy ra quá trình quang hóa,chất nhạy quang sẽ hấp thu năng lượng Laser và tạo ra vi nổ giúp phá hủy các tế bào ung thư mà ít gây ảnh hưởng tới các tế bào lành khác. Liệu pháp quang động học có hiệu quả điều trị cao và đang được ứng dụng rộng rãi trong việc diều trị ung thư. So với trước kia, việc sử dụng Laser trong điều trị ung thư có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp ngoại khoa: - Độ chính cao - Giảm sự phá hủy các tế bào bình thường - Giảm nhiễm trùng, ít chảy máu . 29
37. KẾT LUẬN Với đề tài “Laser và ứng dụng trong y học” em đã hoàn thành việc nghiên cứu các vấn đề sau: Hệ thống kiến thức tổng quan khá hoàn thiện về cơ chế, cấu tạo, nguyên lí hoạt động của Laser. Chỉ ra một số tính chất quan trọng của Laser đồng thời đi vào tìm hiểu những ứng dụng của nó trong lĩnh vực y học để chữa bệnh. Qua quá trình làm khóa luận em đã nhìn nhận được vấn đề một cách sâu sắc hơn. Đây là cơ sở tốt cho em trong quá trình công tác sau này. Để nâng cao hơn nữa chất lượng và giá trị ứng dụng của đề tài này em rất mong nhận được sự đóng góp, sự bổ sung ý kiến của thầy cô và các bạn sinh viên trong khoa Vật lý. 30
38. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ngụy Hữu Tâm, “Những ứng dụng mới nhất của Laser”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [2]. Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, “ Cơ sở kỹ thuật Laser”, Nhà xuất bản giáo dục. [3]. Vũ Công Lập, Trần Công Duyệt, Đỗ Kiên Cường, “Đại cương về Laser y học và Laser ngoại khoa”, Nhà xuất bản Y học. [4] [5] nam-ki-dieu-thi-co-nhung-loi-hai-the-nao-2017022111072276.chn. [6] can.htm [7] bang-laser-fractional-co2/. 31