El láser es una fuente de luz artificial. Esta radiación no se produce en la naturaleza. El conocimiento físico-técnico de los láseres es un requisito previo para su uso adecuado en medicina.
El término “láser” se puede encontrar hoy en día en muchos ámbitos, se ha convertido en parte del lenguaje cotidiano. Además de ideas imaginativas, también hay un gran respeto por el tema. Sin embargo, para poder utilizar esta técnica para uno mismo, es muy importante una comprensión precisa y una evaluación correcta.
A lo largo de mi vida profesional, siempre he trabajado en el sector de la tecnología médica y conozco las condiciones especiales que se dan en el uso del láser.
Condiciones legales
Básicamente, tenemos que cumplir ciertos requisitos legales para todos los láseres, independientemente de dónde los utilicemos.
La protección de la salud es de suma importancia; para ello, deben respetarse las especificaciones vinculantes en materia de salud y seguridad en el trabajo. Estas leyes integran tanto el derecho nacional como el internacional en Suiza. SUVA promueve la prevención y la información sobre la base legal pertinente. En su publicación “Atención: rayo láser” (nº de pedido 66049), se describe con más detalle el uso del láser y las necesidades organizativas. Debe designarse a una persona responsable para el funcionamiento del láser que ostente el título de “Oficial de seguridad láser”. Debe disponerse de los conocimientos necesarios. Si los láseres se utilizan para aplicaciones médicas, el fabricante debe haber producido el aparato de acuerdo con la Ordenanza de Productos Sanitarios MepV o la Directiva 93/42/CEE. Estas especificaciones también regulan el funcionamiento y el uso.
Actualmente se está llevando a cabo un examen, revisión y modificación de las leyes vigentes. Se está elaborando un proyecto de ley sobre la protección contra las radiaciones no ionizantes “NIR y sonoras”. Esta ley pretende regular el uso de NIR en camas solares o aplicaciones cosméticas. Hay que proteger a la población de los daños a la salud.
Como último eslabón de la cadena de seguridad, el SUVA prescribe equipos de protección individual (EPI). Cuando utilice láseres, la medida más importante son las gafas de seguridad para láser, y con láseres más potentes, la ropa protectora. La norma DIN EN 207 es la base legal para ello.
Conceptos básicos
Esto en cuanto a los reglamentos que tenemos que observar, o las leyes que tenemos que cumplir. La información aquí descrita pretende proporcionarle conocimientos, pero no es un sustituto de un curso para obtener experiencia en láser.
El láser es una fuente de luz que tiene propiedades especiales y que sólo puede generarse artificialmente. Esta radiación no se produce en la naturaleza.
El nombre “láser” procede de las primeras letras de la descripción inglesa de este efecto (resumen 1). Por la primera letra vemos que se trata de luz, es decir, de radiación no ionizante. La gama de radiaciones ópticas se extiende desde 100 nm hasta 1’000’000 nm, por lo que aquí se realiza otra división en subgrupos:
- Radiación UV: 100-380 nm
- Radiación óptica visible: 380-780 nm
- Radiación IR: 780-1.000.000 nm.
Salvo algunas excepciones, los láseres se sitúan en el rango visible o infrarrojo. Desde el punto de vista lingüístico, utilizamos términos generalmente conocidos pero que tienen un significado especial para nosotros:
- Con transmisión, hablamos de la profundidad de penetración en el tejido sin que se produzca ningún cambio. Comparable a mirar a través del cristal de una ventana.
- Por reflexión entendemos la retro-reflexión parcial o total de la radiación que incide sobre una superficie. Comparable a mirarse en un espejo.
- Cuando hablamos de dispersión difusa, nos referimos a la distribución espacial más o menos uniforme de la radiación desde el punto de entrada, por ejemplo, en el tejido. Comparable a la vista a través de un cristal esmerilado.
- Es la absorción de potencia o energía para convertirla en calor, es decir, para desnaturalizar, vaporizar o desintegrar el tejido.
Cuando se trata de sistemas láser, también nos gusta referirnos a los láseres por el medio láser, es decir, el elemento utilizado para generar la luz láser. Esta designación también indica el color generado de la luz láser. Dado que el color es monocromo, también se puede hablar de la longitud de onda del color (Tab. 1) . Para el usuario, sin embargo, sólo son importantes la profundidad de penetración o la absorción.
Gracias al pensamiento y la investigación de nuestros famosos físicos, se crearon muchos fundamentos y requisitos previos para comprender mejor la luz y hacerla controlable. Basándose en la hipótesis cuántica de M. Planck y la posterior adición de A. Einstein con el efecto fotoeléctrico, el 16 de mayo de 1960 T. Maimann fue la primera persona en generar luz láser artificial. Era un láser de rubí que emitía una luz roja a 694 nm.
Luz artificial
Como ya hemos hablado varias veces de la “luz artificial”, veamos qué significa y qué tienen de especial los láseres. Los tres principios básicos y las propiedades de esta luz son:
- Luz monocromática, es decir, luz con un solo color, longitud de onda y frecuencia (en comparación con el blanco o la luz solar, que tiene muchos colores, longitudes de onda y frecuencias). El popular arco iris es el resultado de la diferente refracción de la luz solar en las gotas de lluvia y la consiguiente desviación diferente de los colores individuales. Si sustituyéramos el sol por un láser, sólo sería visible un color en el arco iris. Gracias a este efecto, conseguimos un efecto intencionado al utilizar el láser sin las longitudes de onda potencialmente molestas o dañinas.
- Trayectoria paralela del haz. Debido a la generación de luz, el haz se alinea en paralelo en el resonador y lo abandona de esta forma. En teoría, este haz es paralelo. Dependiendo de la longitud del resonador, se produce una cierta expansión del haz, pero ésta es muy pequeña en comparación con la fuente de luz normal. Las fuentes láser tienen un foco fuerte y una divergencia baja. Las fuentes de luz, por su parte, tienen un haz fuertemente divergente.
- La luz coherente está sincronizada en el tiempo y en el espacio (misma fase y misma amplitud). Los cuantos de luz se crean al mismo tiempo y se mueven en la misma dirección. También me gusta describirlo con corredores de fondo y soldados en marcha. Los corredores de fondo dan pasos de distinta longitud y pisan el suelo en momentos diferentes, algo similar a la luz incoherente que no está sincronizada en el tiempo y el espacio. Los grupos de marcha, en cambio, tienen todos la misma longitud de zancada, levantan y bajan los pies al mismo tiempo, como el láser (mismas fases, misma amplitud).
Estas tres propiedades básicas hacen del láser algo extraordinario que, como he dicho, sólo puede producirse artificialmente de esta manera.
Origen de la luz (láser)
Si nos fijamos ahora en la formación de la luz e incluimos las condiciones especiales de los láseres, reconoceremos rápidamente las características de la luz láser (la ilustración está muy simplificada y sólo pretende describir la formación).
Lo que vemos como luz son los fotones (cuanto de luz). Son la unidad de acción más pequeña de una interacción electromagnética.
Primero seleccionamos un elemento que queremos llevar al láser. Esto determina la longitud de onda posterior, ya que cada elemento tiene más o menos una sola longitud de onda principal (aunque existen las llamadas longitudes de onda armónicas, que o bien no soportan la longitud de onda debido al revestimiento de la óptica o bien pueden “encenderse” en caso necesario). El elemento está formado por los átomos, éstos constan del núcleo atómico y la corteza atómica. El núcleo positivo y la envoltura negativa se encuentran en una unión estrecha debido a la atracción electrostática. Ahora bien, en cuanto añadimos una energía, el equilibrio electrostático se modifica. Los electrones de la corteza pueden alejarse del núcleo gracias a la energía suministrada y ascender a una corteza superior. El átomo está ahora cargado positiva o negativamente y se denomina ion. El ion permanece en este estado durante un breve periodo de tiempo, pero vuelve a intentar alcanzar el estado original y entonces emite el exceso de energía en forma de fotón. Como este rebote se produce sin estimulación, se emite luz.
Si ahora colocamos un espejo en cada uno de los dos lados opuestos, puede ocurrir que un fotón choque contra este espejo y se refleje en la misma dirección de donde vino. Como ambos espejos son planos paralelos entre sí, este fotón se reflejaría ahora de un lado al otro. Puesto que otros átomos también tienen un nivel de ocupación más alto y los electrones cargados aún no han retrocedido, éstos se verían empujados por el fotón reflejado y estimulados a llevar consigo el fotón resultante en la misma dirección y oscilación. Cuando este proceso comienza ahora así, los fotones se amplifican a través de la descarga estimulada de los otros átomos por un efecto similar a una avalancha. Mientras se suministre energía, se produce la descarga estimulada, el proceso láser está activo.
Debido a la construcción plano-paralela de los dos espejos y el medio láser entre ellos, tenemos un resonador en el que ahora se produce una luz paralela monocolor y una radiación láser coherente por estimulación.
Para poder utilizar el rayo láser, uno de los espejos del resonador se hace parcialmente transparente. La permeabilidad parcial suele ser bastante baja, en torno al 5-10%. Sin embargo, esta transmisión es suficiente para obtener valores útiles para el tratamiento.
La longitud de onda viene especificada por el medio láser y, por tanto, se asigna de forma permanente. El medio láser puede tener diferentes estados. Los medios láser son:
- Láser de gas, por ejemploCO2 o argón
- Sólido, por ejemplo, rubí o alejandrita
- Colorante, por ejemplo rodamina 6G o cumarina
- Semiconductor, por ejemplo GaAs, o GaAlAs.
El suministro de energía (también llamado “bombeo”) puede realizarse aplicando una tensión eléctrica, de corriente continua o de alta frecuencia, o en forma de bombeo óptico mediante lámparas rellenas de xenón y criptón.
Debido al diseño del resonador láser, el haz láser se genera de tal forma que la distribución de energía en el haz corresponde al perfil gaussiano, la forma del haz tiene un TEM 00 – la mayor energía posible en el centro, que disminuye lentamente hacia el borde.
Modos de funcionamiento
Los láseres se dividen en diferentes modos de funcionamiento en función de su diseño y aplicación. Los hay:
- “láser de onda continua” (láser cw), es decir, láser de onda continua. En este caso, el medio láser actúa durante más de 250 ms y, por tanto, tiene un efecto térmico sobre el tejido.
- Un suborden es el “modo de pulso”, aquí el láser funciona con una frecuencia fija pero con un control variable de la anchura del pulso. La ventaja es que el tejido tiene tiempos de recuperación térmica cortos y hay menos tensión térmica en la zona del borde del tejido.
- La otra forma especial en funcionamiento cw es el superimpulso, el ultraimpulso, el pulso shar, etc. Aquí, la potencia máxima del láser se activa siempre durante un tiempo muy corto, el número de impulsos por segundo resulta entonces en la potencia media emitida. La ventaja es que el tejido se evapora bruscamente y se actúa sobre él casi sin carbonización.
Los láseres pulsados sólo se disparan durante un destello y emiten el haz láser en consecuencia. Los láseres de pulso largo trabajan en el rango de los ms y térmicamente para desnaturalizar el tejido. A veces es necesario desde un punto de vista médico administrar una secuencia de impulsos corta, esto se controla electrónicamente y a menudo se denomina “modo ráfaga”. Se trata de un tren de impulsos que emite de dos a cinco impulsos en sucesión muy rápida con un solo disparo. Se utiliza para destruir una capa pigmentada sin quemar. Los láseres de pulsos cortos o QS operan en el rango de los nano- o pico-segundos. En este caso, los efectos ya no son lineales y, por lo tanto, tienen un efecto mecánicamente explosivo sobre el tejido objetivo (también denominado ruptura óptica).
Densidad energética
La densidad de potencia o de energía es el valor que expresa la potencia o la energía suministrada a un área definida (Tab. 2) . La tabla muestra que el diámetro tiene un gran efecto sobre el efecto en el tejido. Cambiar accidentalmente la distancia puede modificar extremadamente el resultado. Con algunos láseres, el tamaño del área/punto ajustado no se controla electrónicamente, aquí puede ocurrir fácilmente que los ajustes no estén sincronizados y se produzca un efecto por exceso o por defecto.
Sistemas de transmisión
Para poder llevar la luz láser al campo quirúrgico, necesitamos sistemas de transmisión que puedan transportar esta luz. Dependiendo del tipo de láser, tenemos diferentes necesidades.
Cables de fibra óptica: Los cables de fibra óptica con diámetros comprendidos entre 50 µm y 1 mm pueden utilizarse de forma muy elegante y, por tanto, también pueden introducirse en el cuerpo a través de endoscopios. A la salida de las fibras ópticas, la luz emerge divergente y se utiliza en modo de contacto o sin contacto. También existen diversas piezas de mano que aplican la luz láser al tejido según la aplicación.
Ondas huecas: Más rara es la transmisión a través de tubos flexibles. Éstos tienen una capa reflectante en su interior para reflejar la luz láser a través de estas ondas huecas de duración condicionada y costosa. En la salida, la luz láser emerge divergente y se pone a disposición de la aplicación mediante el método de contacto o a través de otros elementos ópticos.
Brazo con articulación de espejo: Se trata de una disposición de tubos más largos que llevan incorporado un espejo en cada articulación, acoplando así la luz al tubo siguiente. El ajuste debe ser muy preciso, pero la ventaja es una calidad muy alta del haz, ya que la luz láser puede transmitirse de forma óptima. No obstante, se recomienda precaución, ya que la luz láser sigue saliendo del brazo en paralelo y, por tanto, es peligrosa independientemente de la distancia.
Proyección libre del haz: Gracias a su diseño compacto, en algunos casos es posible proyectar la luz láser directamente desde el resonador sobre el campo quirúrgico. En este caso, el chorro se prepara especialmente para la aplicación y suele estar diseñado para una sola aplicación.
Gracias a la miniaturización de los componentes, ahora es posible construir piezas de mano láser que luego sólo tienen que conectarse a la unidad básica mediante cables de conexión. La posibilidad de utilizar piezas de mano adicionales con otros láseres a través de la unidad básica amplía el espectro de las diferentes opciones de tratamiento.
Clases de láser
No todos los láseres son igual de peligrosos, por lo que existen subdivisiones en clases de láser que expresan la peligrosidad en orden ascendente (Tab. 3).
Las zonas en las que se utilicen láseres de clase 3 y 4 y, por tanto, se emitan radiaciones peligrosas, deberán estar delimitadas en la zona de acceso. En otras palabras, cada puerta de la sala de láser debe estar marcada con señales de advertencia y, para la clase 4, también con luces de advertencia.
Peligros al utilizar la radiación láser
Las sustancias del campo operativo pueden ser excitadas a diversas reacciones por la radiación láser. Los líquidos alcohólicos, los gases, los gases respiratorios o incluso los gases del propio cuerpo pueden provocar incendios o explosiones.
Los productos de descomposición del material en humo o vapores, por ejemplo durante el tratamiento de verrugas, dan lugar a gases, polvo o mezclas explosivas peligrosas para la salud. También se producen sustancias químicas y tóxicas, entre otras cosas, cuando se irradian tubos, gasas o cubiertas. Un sistema adecuado de extracción de humos debería ser obligatorio.
La irradiación máxima admisible (MZB) representa el valor límite de irradiación inocua para los ojos o la piel. Internacionalmente, este valor también se denomina NOHD. Esta distancia se especifica individualmente para cada accesorio en las instrucciones de uso. La distancia MZB (NOHD) puede variar desde unos pocos metros hasta el infinito. Tras esta retirada, ya no es necesaria la protección ocular.
Los efectos biológicos sobre el ojo y la piel difieren algo. Dado que el ojo es mucho más sensible en su estructura que la piel, el daño se produce mucho más rápidamente aquí. Pueden producirse daños en los ojos a longitudes de onda inferiores a 400 nm o superiores a 2500 nm en la parte anterior del ojo y entre 400 nm y 2500 nm en la parte posterior del ojo. En la piel, una longitud de onda inferior a 300 nm o superior a 2500 nm puede dañar la superficie cutánea y entre 300 nm y 2500 nm puede dañar la piel hasta una profundidad de unos 6 mm.
Cada longitud de onda tiene una profundidad de penetración típica y un comportamiento de absorción específico. Los láseres se utilizan muy a menudo en dermatología hoy en día. El coeficiente de absorción es crucial en este caso para conseguir la longitud de onda adecuada (profundidad de penetración) y la absorción apropiada en el tejido objetivo.
Dado que, especialmente en el ámbito médico, las personas no pueden protegerse de los equipos láser con medidas estructurales, es aquí donde entra en juego el último eslabón de la cadena de seguridad: el EPI. Las gafas de protección láser suelen ser obligatorias. Se definen según la norma DIN EN 207 y deben corresponderse con el láser en términos de longitud de onda, modo de funcionamiento y nivel de protección (por ejemplo, para un láser Nd:YAG DI 1000-1100 LB4 RH DIN S).
- Para el modo de funcionamiento (primer dígito) tenemos la abreviatura D para onda continua, I para pulsado, RI para pulso gigante y MI para modo acoplado, que se encuentran individualmente o en combinación en las gafas.
- La longitud de onda (segundo dígito) se indica en nm y se escribe como un número o rango de números en los cristales.
- Para el nivel de protección (tercer dígito), 1 es el filtro más débil y 9 el más fuerte. Dependiendo de la potencia/energía del láser, deberá utilizarse el cristal de filtro seguro correspondiente. Las instrucciones de uso deben indicar el nivel de protección correcto. Las gafas más antiguas pueden seguir teniendo la marca “Lx” del filtro protector anterior (“LBx” es la marca actual). Siempre que cumplan las especificaciones del fabricante, también pueden utilizarse sin dudarlo. Las gafas con la marca OD no cumplen ninguna norma europea y, por lo tanto, no deben utilizarse.
Conclusión
El láser es una herramienta maravillosa con la que podemos conseguir mucho si sabemos manejar sus peculiaridades. Espero haber podido hacer que estas peculiaridades le resulten un poco más familiares. ¡Para que pueda utilizar el láser con placer y éxito en el futuro!
Mensajes para llevarse a casa
- El láser es una fuente de luz que tiene propiedades especiales y que sólo puede generarse artificialmente. Esta radiación no se produce en la naturaleza.
- La luz artificial se caracteriza por los siguientes principios básicos: Es monocromática, coherente y con una trayectoria paralela del haz.
- Las clases de láser indican en orden ascendente los posibles peligros al utilizar la radiación láser.
- Si las medidas estructurales de protección contra la radiación láser no son posibles, aquí es donde entra en juego el último eslabón de la cadena de seguridad: el equipo de protección individual (EPI). Solemos utilizar gafas de protección láser o filtros protectores.
