Lasers médicaux

ATTENTION :

Ce diaporama correspond au cours du Professeur TALBOT qui a été enseigné à la faculté de St Antoine jusqu'en 2003.

Suite à l'harmonisation des programmes avec la faculté Pitié-Salpêtrière, ce cours n'est plus enseigné en P1 à la faculté St Antoine.

Il reste cependant au programme de l'enseignement de P1 à la faculté Louis Pasteur, Ile Maurice.

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LASER : Light amplification by stimulated emission of radiation, effet décrit en 1958 par Townes.

Principe

Excitation d’un atome ou d’une molécule (modèle de Bohr).

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Désexcitation + émission h.L’émission peut être stimulée par un photon d’énergie h identique.Le photon émis a la même énergie, la même direction, la même phase.

h

h

Si nombreux atomes excités : avalanche faisceau cohérent.Si peu d’atomes excités : absorption des photons.

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Donc il faut  :

– Beaucoup d’atomes excités : « inversion » de la population par pompage (apport d’énergie)

– Durée de vie longue de l’état excité : milieu actif

– Multiplier les rencontres entre photons et atomes excités : cavité limitée par 2 miroirs

LaserMiroirMiroir semi-transparent (seuil énergétique) + direction privilégiée à surface

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Différents milieux actifs

– Solides 

• Laser au rubis, rayonnement rouge, = 694 nm, pompage par flash de xénon

• YAG : Cristal Yttrium, Aluminium + Nd, = 1064 et 1320 nm infrarouge, pompage par lampe au tungstène

– Gazeux : Pompage par décharge électrique

• Ar : émet dans le bleu et le vert

• Kr : rouge ou jaune

• CO2 : infrarouge. = 10600 nm

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Caractéristiques– = volume d’interaction quand – Emission 

• continue (gaz), • unique déclenchée (YAG) obturation ou rotation des

miroirs durant pompage – Puissance : du W au GW. L’important est la cohérence qui

permet d’obtenir une tache focale 10 m

Laser

L’énergie totale reçue peut rester faible même pour lasers de puissance : W(mJ) = ∫ P(GW) dt(ps).

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Effets biologiques

Effet thermique

– Photons chaleur (agitation). Son étendue et son intensité dépendent de WP, et Pour plus grand (h plus faible), le volume d’interaction est plus réduit

– Echauffement progressif  :

• 45°C : hyperthermie tissulaire

• 50°C : dénaturation protéique

• 60°C : coagulation (hémostase).

• 80°C : dessication

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Echauffement brutal (forte puissance et volume d’interaction réduit)

T 100°C : vaporisation (coupe)

Administration

Diffusion thermique

t

Dépend de la conductivité thermique

Locale

0,1s

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entre 400 et 900 nm : pas d’absorption dans les milieux transparents, en particulier ceux de l’œil, importante absorption par la mélanine (et Hb) chirurgie rétinienne si pas hémorragie du vitré ou opacités cristalliniennes.

  Effets mécaniques : (YAG surtout)

D’autant plus nets que forte puissance (par temps très bref ns voire ps).Onde de choc de rupture par claquage optique et gaz ionisé.Rompt mais ne brûle pas (∆ ≤ 2 10-3 K). Utilisable dans les milieux transparents (membranes, brides du vitré …).

  Effets photochimiques

Pour très courtes  : destruction de certains acides aminés, du cytochrome C : observable seulement pour faibles puissances sur un temps long.

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Dangers

Surtout énergie thermique : brûlures cutanées et lésions oculaires (surtout si non visible).

Si faible, atteinte cornée, porter des lunettes, se méfier de toute surface réfléchissante.

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Indications en médecine

Laser He-Ne (rouge) visée

Fibre optique

Mesure W

Laser YAG-Nd

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Ophtalmologie

Hémostase : - Argon ( = 500 nm abs. Hb).- YAG (hémostase localisée en 1 à 2 s).

 Destruction tissulaire : CO2 (vaporisation).- Dystrophies vaginales, varices, polypes des cordes vocales …

caries ?

 Découpe chirurgicale : CO2.- Mammectomie, chirurgie hépatique, rénale, neurochirurgie.

 Destruction par augmentation thermique diffuse : YAG.- Hémorroïdes … Kc ?

Effets mécaniques : YAG- Destruction des membranes, brides