O laser é uma fonte de luz artificial. Esta radiação não ocorre na natureza. O conhecimento físico-técnico dos lasers é um pré-requisito para a sua utilização adequada na medicina.
O termo “laser” pode ser encontrado em muitas áreas hoje em dia, tornou-se parte da linguagem quotidiana. Para além de ideias imaginativas, há também um grande respeito pelo assunto. Contudo, para poder utilizar esta técnica por si próprio, uma compreensão precisa e uma avaliação correcta são muito importantes.
No decurso da minha vida profissional, sempre trabalhei no sector da tecnologia médica e conheço as condições especiais que se encontram na utilização de lasers.
Condições legais
Basicamente, temos de cumprir certos requisitos legais para todos os lasers – não importa onde utilizamos o laser.
A protecção da saúde é da maior importância; para este fim, as especificações que são vinculativas para a saúde e segurança no trabalho devem ser observadas. Estas leis integram tanto o direito nacional como o internacional na Suíça. A SUVA promove a prevenção e a informação sobre a base jurídica relevante. Na sua publicação “Attention: Laser Beam” (Order No. 66049), a utilização de lasers e as necessidades organizacionais são descritas com mais detalhe. Deve ser nomeada uma pessoa responsável pela operação laser que possua o título de “Oficial de Segurança Laser”. Os conhecimentos necessários devem estar disponíveis. Se os lasers forem utilizados para aplicações médicas, o fabricante deve ter produzido o dispositivo em conformidade com o Medical Devices Ordinance MepV ou a Directiva 93/42/CEE. Estas especificações também regulam o funcionamento e a utilização.
Está actualmente em curso uma revisão, revisão e complementação das leis actuais. Está a ser preparado um projecto de lei sobre a protecção contra as radiações não ionizantes “NIR e som”. Esta lei destina-se a regular a utilização de NIR em camas de sol ou aplicações cosméticas. A população deve ser protegida de danos para a saúde.
Como último elo da cadeia de segurança, a SUVA prescreve equipamento de protecção pessoal (EPI). Ao utilizar lasers, a medida mais importante é a utilização de óculos de protecção laser, e com lasers mais potentes, vestuário de protecção. A norma DIN EN 207 é a base legal para tal.
Noções básicas
Lá se vão os regulamentos que temos de observar, ou as leis que temos de cumprir. A informação aqui descrita destina-se a fornecer-lhe conhecimentos, mas não substitui um curso para obter conhecimentos sobre laser.
Os lasers são uma fonte de luz que tem propriedades especiais e só pode ser gerada artificialmente. Esta radiação não ocorre na natureza.
O nome “laser” é derivado das primeiras letras da descrição inglesa deste efeito (resumo 1). Da primeira carta vemos que é leve, ou seja, radiação não ionizante. A gama de radiação óptica estende-se de 100 nm a 1’000’000 nm, sendo aqui feita uma nova divisão em subgrupos:
- Radiação UV: 100-380 nm
- Radiação óptica visível: 380-780 nm
- Radiação IR: 780-1,000,000 nm.
Com algumas excepções, os lasers estão na gama visível ou infravermelha. Linguisticamente, usamos termos que são geralmente conhecidos mas que têm um significado especial para nós:
- Com a transmissão, falamos da profundidade de penetração no tecido sem que ocorra qualquer alteração. Comparável a olhar através de uma vidraça.
- Por reflexão entendemos o reflexo parcial ou total das costas da radiação que cai sobre uma superfície. Comparável a olhar para um espelho.
- Quando falamos de dispersão difusa, referimo-nos à distribuição espacial mais ou menos uniforme da radiação a partir do ponto de entrada, por exemplo, no tecido. Comparável à vista através de um painel de vidro fosco.
- Absorção é a absorção de potência ou energia para a converter em calor, ou seja, para desnaturar, vaporizar ou desintegrar o tecido.
Quando lidamos com sistemas laser, também gostamos de nos referir aos lasers pelo meio laser, ou seja, o elemento utilizado para gerar a luz laser. Esta designação também indica a cor gerada da luz laser. Como a cor é monocromática, também se pode falar do comprimento de onda da cor (Tab. 1) . Para o utilizador, contudo, apenas a profundidade de penetração ou absorção são importantes.
Através dos pensamentos e pesquisas dos nossos famosos físicos, muitas fundações e pré-requisitos foram criados para melhor compreender a luz e torná-la controlável. Com base na hipótese quântica de M. Planck e a última adição de A. Einstein com o efeito fotoeléctrico, em 16 de Maio de 1960 T. Maimann foi a primeira pessoa a gerar luz laser artificial. Era um laser de rubi que emitia uma luz vermelha a 694 nm.
Luz artificial
Uma vez que já falámos várias vezes de “luz artificial”, vejamos o que ela significa e o que é especial nos lasers. Os três princípios básicos e as propriedades desta luz são:
- Luz monocromática, ou seja, luz com apenas uma cor, comprimento de onda, frequência (em comparação com o branco ou luz solar, que tem muitas cores, comprimentos de onda e frequências). O popular arco-íris é o resultado da diferente refracção da luz do sol nas gotas de chuva e das diferentes deflexões das cores individuais resultantes. Se substituíssemos o sol por um laser, apenas uma cor seria visível no arco-íris. Através deste efeito, temos um efeito intencional quando usamos o laser sem os comprimentos de onda potencialmente perturbadores ou prejudiciais.
- Percurso de feixe paralelo. Devido à geração de luz, o feixe alinha-se em paralelo no ressonador e deixa-o desta forma. Em teoria, este feixe é paralelo. Dependendo do comprimento do ressonador, existe uma certa expansão do feixe, mas esta é muito pequena em comparação com a fonte de luz normal. As fontes laser têm um forte foco e uma baixa divergência. As fontes de luz, por outro lado, têm um feixe fortemente divergente.
- A luz coerente é sincronizada no tempo e no espaço (mesma fase e mesma amplitude). Os quanta leves são criados ao mesmo tempo e movem-se na mesma direcção. Também gosto de o descrever com corredores de longa distância e soldados em marcha. Os corredores de longa distância dão passos de diferentes comprimentos e pisam o solo em momentos diferentes – semelhantes à luz incoerente que não está sincronizada no tempo e no espaço. Os grupos de marcha, por outro lado, têm todos o mesmo comprimento de passos, levantam e baixam os pés ao mesmo tempo – como o laser (mesmas fases, mesma amplitude).
Estas três propriedades básicas fazem do laser algo extraordinário, que, como disse, só pode ser produzido artificialmente desta forma.
Origem da luz (laser)
Se olharmos agora para a formação da luz e incluirmos as condições especiais para os lasers, rapidamente reconhecemos as características da luz laser (a ilustração é muito simplificada e destina-se apenas a descrever a formação).
O que vemos como luz são os fótons (quantum de luz). São a menor unidade de acção de uma interacção electromagnética.
Primeiro seleccionamos um elemento que queremos trazer para o laser. Isto determina o comprimento de onda subsequente, uma vez que cada elemento tem mais ou menos apenas um comprimento de onda principal (embora existam os chamados comprimentos de onda harmónicos, que ou não suportam o comprimento de onda devido ao revestimento da óptica ou podem ser “ligados” se necessário). O elemento é constituído pelos átomos, estes consistem no núcleo atómico e na concha atómica. O núcleo positivo e a concha negativa estão em estreita ligação devido à atracção electrostática. Agora, assim que adicionamos uma energia, o equilíbrio electrostático é alterado. Os electrões na concha podem afastar-se mais do núcleo devido à energia fornecida e elevar-se a uma concha mais alta. O átomo está agora carregado positiva ou negativamente e é chamado de ião. O ião habita neste estado por um curto período de tempo, mas tenta novamente alcançar o estado original e depois emite a energia em excesso sob a forma de um fotão. Uma vez que este ricochete ocorre sem estímulo, a luz é emitida.
Se agora fixarmos um espelho a cada um de dois lados opostos, pode acontecer que um fotão atinja este espelho e seja reflectido de volta na mesma direcção de onde veio. Uma vez que ambos os espelhos são planos-paralelos um ao outro, este fotão seria agora reflectido de um lado para o outro. Uma vez que outros átomos também têm um nível de ocupação mais elevado e os electrões carregados ainda não caíram para trás, estes seriam empurrados pelo fotão reflectido e estimulados a levar o fotão resultante com eles na mesma direcção e oscilação. Quando este processo agora começa assim, os fotões amplificam-se através da descarga estimulada dos outros átomos por um efeito semelhante a uma avalanche. Enquanto a energia for agora fornecida, a descarga estimulada tem lugar, o processo laser está activo.
Devido à construção em paralelo plano dos dois espelhos e do meio laser no meio, temos um ressonador no qual é agora produzida uma luz paralela monocromática e uma radiação laser coerente é produzida pela estimulação.
Para poder utilizar o feixe laser, um dos espelhos ressonadores é tornado parcialmente transparente. A permeabilidade parcial é normalmente bastante baixa, cerca de 5-10%. No entanto, esta transmissão é suficiente para obter valores úteis para o tratamento.
O comprimento de onda é especificado pelo meio laser e é assim permanentemente atribuído. O meio laser pode ter diferentes estados. Os suportes laser são:
- Laser de gás, por exemploCO2 ou árgon
- Sólido, por exemplo, rubi ou alexandrite
- Corante, por exemplo rodamina 6G ou cumarina
- Semicondutor, e.g. GaAs, ou GaAlAs.
O fornecimento de energia (também chamado “bombeamento”) pode ser feito através da aplicação de uma tensão eléctrica, tensão DC ou alta frequência ou sob a forma de bombeamento óptico por meio de lâmpadas cheias de xenon e krypton.
Devido ao desenho do ressonador laser, o feixe laser é gerado de tal forma que a distribuição de energia no feixe corresponde ao perfil gaussiano, a forma do feixe tem um TEM 00 – a maior energia possível no centro, que diminui lentamente em direcção à borda.
Modos de funcionamento
Os lasers estão divididos em diferentes modos de funcionamento, dependendo do seu design e aplicação. Há:
- “laser de onda contínua” (cw laser), ou seja, laser de onda contínua. Aqui, o meio laser trabalha mais de 250 ms e tem assim um efeito térmico sobre o tecido.
- Uma subordem é o “modo de pulso”, aqui o laser é operado com uma frequência fixa mas com controlo de largura de pulso variável. A vantagem é que o tecido tem tempos de recuperação térmica curtos e há menos stress da zona térmica no tecido.
- A outra forma especial na operação cw é o super pulso, ultra pulso, pulso agudo, etc. Aqui, a potência máxima do laser é sempre activada por um tempo muito curto, o número de impulsos por segundo resulta então na potência média emitida. A vantagem é que o tecido evapora abruptamente e actua sobre o tecido quase sem carbonização.
Os lasers pulsados são disparados apenas por um flash e emitem o feixe laser em conformidade. Os lasers de pulsação longa funcionam na gama ms e termicamente para desnaturar o tecido. Por vezes é necessário, de um ponto de vista médico, fornecer uma sequência de impulsos curtos, isto é controlado electronicamente e é frequentemente referido como “modo de explosão”. Este é um comboio de impulsos que emite dois a cinco impulsos em sucessão muito rápida com um único disparo. É utilizado para destruir uma camada pigmentada sem se queimar. Os lasers pulsados curtos ou QS operam na gama de nano- ou pico-segundos. Os efeitos aqui já não são lineares e têm, portanto, um efeito mecanicamente explosivo no tecido alvo (também chamado de ruptura óptica).
Densidade energética
Potência ou densidade de energia é o valor que expressa a potência ou a energia fornecida a uma área definida (Tab. 2) . A tabela mostra que o diâmetro tem um efeito elevado sobre o efeito no tecido. Alterar acidentalmente a distância pode alterar extremamente o resultado. Com alguns lasers, a área/tamanho do conjunto não é monitorizada electronicamente, aqui pode facilmente acontecer que as definições não estejam sincronizadas e que ocorra um sobre ou um sub ou sub efeito.
Sistemas de transmissão
Para podermos levar a luz laser ao campo cirúrgico, precisamos de sistemas de transmissão que possam transportar esta luz. Consoante o tipo de laser, temos necessidades diferentes.
Cabos de fibra óptica: Os cabos de fibra óptica com diâmetros entre 50 µm e 1 mm podem ser utilizados de forma muito elegante e podem, assim, ser também inseridos no corpo através de endoscópios. À saída das fibras ópticas, a luz emerge de forma divergente e é utilizada quer em modo de contacto quer em modo sem contacto. Existem também várias peças de mão que aplicam a luz laser ao tecido de acordo com a aplicação.
Ondas ocas: Rarer é a transmissão através de tubos flexíveis. Estes têm uma camada reflectora no interior para reflectir a luz laser através destas ondas ocas condicionalmente duráveis e dispendiosas. À saída, a luz laser surge de forma divergente e é disponibilizada para a aplicação utilizando o método de contacto ou através de outras ópticas.
Braço espelhado da junta: Este é um arranjo de tubos mais compridos que têm um espelho incorporado em cada junta, acoplando assim a luz ao tubo seguinte. O ajuste deve ser alinhado com muita precisão, mas a vantagem é uma qualidade de feixe muito elevada, uma vez que a luz laser pode ser transmitida de forma óptima. No entanto, aconselha-se cautela, pois a luz laser continua a emergir do braço em paralelo e é, portanto, perigosa independentemente da distância.
Projecção de feixe livre: Devido ao desenho compacto, é possível em alguns casos projectar a luz laser directamente do ressonador para o campo cirúrgico. Aqui, o jacto é especialmente preparado para a aplicação e é normalmente concebido apenas para uma única aplicação.
Devido à miniaturização dos componentes, é agora possível construir peças de mão laser que depois só precisam de ser ligadas à unidade básica através de cabos de ligação. A possibilidade de operar peças de mão adicionais com outros lasers através da unidade básica expande o espectro de diferentes opções de tratamento.
Aulas laser
Nem todos os lasers são igualmente perigosos, pelo que existem subdivisões em classes de laser que exprimem o perigo por ordem ascendente (Tab. 3).
As áreas onde são utilizados lasers de classe 3 e 4 e, por conseguinte, é emitida radiação perigosa, devem ser demarcadas na área de acesso. Por outras palavras, cada porta para a sala laser deve ser marcada por sinais de aviso e, para a Classe 4, também por luzes de aviso.
Perigos na utilização de radiação laser
As substâncias no campo operatório podem ser excitadas a várias reacções pela radiação laser. Líquidos alcoólicos, gases, gases respiratórios ou mesmo os próprios gases do organismo podem causar incêndios ou explosões.
Os produtos de decomposição do material em fumo ou vapores, por exemplo, durante o tratamento de verrugas, dão origem a gases, pó ou misturas explosivas que são perigosos para a saúde. As substâncias químicas e tóxicas são também produzidas, entre outras coisas, quando tubos, gazes ou coberturas são irradiados. Deve ser obrigatório um sistema adequado de extracção de fumos.
A irradiação máxima admissível (MZB) representa o valor limite para a irradiação inofensiva do olho ou da pele. A nível internacional, este valor é também referido como NOHD. Esta distância é especificada individualmente para cada acessório no manual de instruções. A distância MZB (NOHD) pode variar de alguns metros até ao infinito. Após esta remoção, já não é necessária a protecção dos olhos.
Os efeitos biológicos sobre os olhos e a pele diferem um pouco. Uma vez que o olho é muito mais sensível na sua estrutura do que a pele, os danos ocorrem muito mais rapidamente aqui. Podem ocorrer danos nos olhos em comprimentos de onda abaixo de 400 nm ou acima de 2500 nm na frente do olho e entre 400 nm a 2500 nm na parte de trás do olho. Na pele, um comprimento de onda inferior a 300 nm ou superior a 2500 nm pode danificar a superfície da pele e entre 300 nm a 2500 nm pode danificar a pele a uma profundidade de cerca de 6 mm.
Cada comprimento de onda tem uma profundidade de penetração típica e um certo comportamento de absorção. Os lasers são muito frequentemente utilizados em dermatologia hoje em dia. O coeficiente de absorção é aqui crucial para atingir o comprimento de onda correcto (profundidade de penetração) e a absorção adequada para o tecido alvo.
Uma vez que, especialmente no campo médico, as pessoas não podem ser protegidas do equipamento laser através de medidas estruturais, é aqui que entra em jogo o último elo da cadeia de segurança: o EPI. Os óculos de protecção laser são normalmente obrigatórios. São definidos de acordo com a norma DIN EN 207 e devem corresponder ao laser em termos de comprimento de onda, modo de funcionamento e nível de protecção (por exemplo, para um laser Nd:YAG DI 1000-1100 LB4 RH DIN S).
- Para o modo de funcionamento (primeiro dígito) temos a abreviatura D para onda contínua, I para pulsado, RI para pulsado gigante e MI para acoplado ao modo, encontrado individualmente ou em combinação nos óculos.
- O comprimento de onda (segundo dígito) é dado em nm e é escrito como um número ou intervalo de números nos óculos.
- Para o nível de protecção (terceiro dígito), 1 é o filtro mais fraco e 9 o mais forte. Dependendo da potência/energia do laser, deve ser utilizado o respectivo vidro filtrante seguro. As instruções de funcionamento devem indicar o nível de protecção correcto. Os óculos mais antigos podem ainda ter a anterior marcação do filtro de protecção “Lx” (“LBx” é a marcação actual). Desde que cumpram as especificações do fabricante, estas também podem ser utilizadas sem hesitação. Os espectáculos com marcação de DO não cumprem qualquer norma europeia e, portanto, não devem ser utilizados.
Conclusão
O laser é uma ferramenta maravilhosa com a qual podemos alcançar muito se soubermos lidar com as suas peculiaridades. Espero ter sido capaz de tornar estas peculiaridades um pouco mais familiares. Para que possa usar o laser com prazer e sucesso no futuro!
Mensagens Take-Home
- O laser é uma fonte de luz que tem propriedades especiais e só pode ser gerada artificialmente. Esta radiação não ocorre na natureza.
- A luz artificial caracteriza-se pelos seguintes princípios básicos: É monocromático, coerente com um caminho de feixe paralelo.
- As classes laser indicam, por ordem ascendente, os possíveis perigos quando se utiliza a radiação laser.
- Se as medidas estruturais de protecção contra a radiação laser não forem possíveis, é aqui que entra o último elo da cadeia de segurança: equipamento de protecção pessoal (EPI). Normalmente utilizamos óculos de protecção ou filtros de protecção a laser.
