پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي

دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و  تحقيقات دانشكده مهندسي پزشكي رشته مهندسي پزشكي عنوان پروژه كار ورزي: آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي

چكيده پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي كلمه ليزر از حروف اول عبارت Light Amplification by Sitmulated Emission of Radiation تشكيل شده است . امروزه علم استفاده از ليزرهاي كم توان بسيار گسترده شده و به نام ليزر درماني يا Low Level Laser Therapy (LLLT) شناخته مي‌شود .

تاثير ليزرهاي كم توان ،‌گرمايي و تخريبي نبوده ، بلكه به صورت فتوشيميايي است . فوتون وارد بافت شده ، در ميتوكندري‌ها و غشاي سلولي جذب شده ، انرژي نوراتي به انرژي شيميايي ( به صورت ATP) تبديل شده و ATP منجر به تحريك و پروليفراسيون سلولي مي‌شود . نفوذ پذيري غشاي سلولي تغيير مي‌كند و منجر به تغييرات فيزيولوژيك مي‌شود . اين تغييرات ماكروفاژها ، فيبروبلاست‌ها ، سلول‌هاي اندوتليال ،ماست‌سل‌ها ،برادي كينين و سرعت هدايت عصبي را تحت تاثير قرار مي‌دهند . در واقع ليزرهاي كم توان اثر تنظيمي بر روي فعل و انفعالات حياتي ( Biomodulatory Effect) دارند ( به همين علت ليزر سرد نيز ناميده مي‌شوند .)‌ با مطالعات و تحقيقاتي كه در سراسر دنيا بر روي ليزر تراپي انجام مي‌شود كاربردهاي درماني اين روش طيف وسيعي از ترميم بافت و التيام زخم تا كاهش درد را در بر مي‌گيرد . اين امر بيانگر اهميت طول موج ، دوز درماني و فركانس هاي انتخاب شده است .

طول موج‌هاي قرمز ( 700- 600 نانومتر ) و مادون قرمز (700 نانومتر به بالا) نورهاي اصلي در ليزر تراپي هستند . عمق نفوذ اشعه ليزر به بافت براي تحريك فيزيولوژيك سلول‌ها و بافت ، به طور موج اشعه بستگي دارد . تنها 5 درصد شدت نور قرمز ، قابليت نفوذ به بافت زير جلدي داشته و بيشترآن در سطح جذب مي‌شوند. بنابراين از نور قرمز بيشتر در سطح (مانند بيماري‌هاي پوستي و نظير آن ) استفاده مي‌شود . امنا در مورد ليزرهاي مادون قرمز 20 درصد شدت اشعه به بافت زير جلدي مي‌رسد و در نتيجه در درمان مفاصل ، عضلات ، كاهش درد و… كاربرد دارد .

پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر

كاربردهاي ليزر درماني پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر اشعه ليزر پس از تابش و رسيدن به سطح داخل سلول داراي اثراتي است . از جمله تنظيم و متعادل ساختن :

• متابوليسم سلولي
• توليد كلاژن
• حركت و دگرانولاسيون ماست‌سل‌ها
• حركت و فعاليت ماكروفاژها
• ساخت فيبروبلاست ها (‌از جمله باز جذب فيبرين )
• پروتئين سازي
• توليد ADP-ATP
• تغيير نفوذ پذيري و پتانسيل غشاي سلولي و تحريك پمپ سديم / پتاسيم و در نهايت برداشت بيشتر كلسيم
• وازوديلاتاسيون ( خون غني از اكسيژن )‌
• آنژيوژنز ( بهبود تغذيه بافتي )
• پاسخ‌هاي سيستميك
• افزايش سير كولاسيون اكسيژن و بهبود مصرف گلوكز
• ساخت DNA (‌از طريق تحريك فيتوهماگلوتينين )
• تحريك فاگوسيتوز
• تغيير سطوح مدياتورها ( هيستامين و پروستاگلاندين‌ها ) يا اندروفين ها
• آزاد سازي اندروفين‌ها
• افزايش متابوليسم سراتونين ( در كاهش درد )
• سركوب فعاليت نوسي سپتورها ( Nociceptor)
• با توجه به اثراتي كه در بالا اشاره شد مي‌توان به برخي از كاربردهاي ليزر كم توان در درمان بيماري‌هاي مختلف اشاره كرد:
• التيام زخم ( از جمله زخم‌هاي فشاري و يا عفوني )
• ترميم آسيب‌هاي بافت نرم (‌هماتوم ، ضرب ديدگي‌ها ، درد و… )
• بيما‌ري‌هاي پوستي (‌سوختگي ، خراشيدگي ، اگزما ، آكنه ، هرپس و … )‌
• كاهش درد (‌حاد و مزمن ) و اثرات ضد التهابي
• بيماري‌هاي روماتولوژيك يا فيزيوتراپي (‌تاندونيت ، بورسيت ،‌كپسوليت ، آرتريت و..)
• تحريك نقاط طب سوزني با استفاده از اشعه ليزر به جاي سوزن
• افزايش قدرت كشش بافت آسيب ديده پس از ترميم (TensileStrength)
  • متعادل ساختن كلاژن و كاهش اندازه اسكار به دنبال بريدگي ، سوختگي و يا جراحي .
  • تحريك و تقويت سيستم ايمني بدن
  • كمك به مقابله با عفونت
  • بهبود فونكسيون عصب (‌ترميم تدريجي اعصاب آسيب ديده يا حتي قطع شده )

پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي

فصل اول مقدمه تعريف و تاريخچه ليزر و ليزر تراپي پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي در دوران تمدن يونان – روم (‌تقريباً از 6 قرن پيش از ميلاد تا قرن دوم ميلادي ) ، ليزر به خوبي شناخته شده بود . ليزر ،‌گياهي خودرو (‌احتمالاً از رده گياهان چتر ) بود كه در ناحيه وسيعي در اطراف سيرن (ليبي امروز) مي‌روييد . اين گياه در مواردي نيز « ليزر پيتيوم » ناميده مي‌شد و مردم به علت خواص اعجاز آميزش آن را هديه‌اي جانب خدا مي‌پنداشتند .

ليزر براي درمان بسياري از بيماري‌ها از ذات الريه گرفته تا تعدادي از بيماري‌هاي واگيردار بكار مي رفت و پادزهر موثري براي مارگزيدگي ، عقرب گزيدگي و نيش پيكان‌هاي زهر آلود دشمن محسوب مي‌شد . همچنين به علت طعم لذيذش ،‌ چاشني عالي محسوب مي‌شد و در غذاها به كار مي رفت . يوناني‌ها و رومي‌ها بسيار كوشيدند تا بتوانند ليزر را كشت كنند اما در اين كار موفق نبودند و به تدريج ليزر كمياب شد . به نظر مي‌رسد كه اين گياه در حدود قرن دوم ميلادي كاملاً از بين رفته باشد . از آن زمان تا كنون با وجود كوشش‌هاي بسيار ،‌ كسي موفق نشده است ليزر را در صحراهاي جنوبي سيرن پيدا كند .

لذا به نظر مي‌رسد كه اين ليزر طبيعي به صورت گنجيه گمشده تمدن يونان – روم در آمده باشد .

با اين مقدمه باستاني ،‌كه شايد تنها از نظر كلامي و برخي كاربردها با مفهوم جديد « ليزر» شباهت داشته باشد ، تاريخ تولد ليزر را از نور آغاز مي‌كنيم .

 نور چيست ؟

پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر نور چيست اين سئوالي است كه احتمالاً پيشينيان ما هزاران سال پيش از خود مي‌پرسيدند . پاسخ اين سئوال در طول ساليان دراز و همراه با پيشرفت علوم و دانش انسان ( به تدريج از زمان اعتقاد به خدايان روشنايي تا ليزر )، بدست آمده است . البته ، همواره جنبه‌هاي تاريكي در توضيح ماهيت نور وجود داشته است كه حتي هنوز هم بطور كامل مشخص نشده اند . لذا هرگاه انسان اطلاعات جديدتري از ماهيت و خواص نور بدست مي آورد ، تعريف جامع‌تري براي آن ارائه مي‌كند .

 در دوران قديم ، بسياري از جوامع بشري خدايان خورشيد را مسئول سلامتي و بهبود مي‌دانستند .

از همين رو ، فنيقي‌هاي دوران باستان ، « بال » را به عنوان خداي خورشيد و سلامتي مي‌پرستيدند .

يوناني‌ها نيز « هليوس » خداي نور ،‌خورشيد و بهبودي را به علت تاثيرات منحصر بفردش ستايش مي‌كردند و عبارت « هليوتراپي » از همين كلمه اقتباس شد . نور درماني را نيز مصريان باستان انجام مي‌دادند . آنان در سال 440 پيش از ميلاد ، از تاثيرات تسكيني نور بر زخم‌ها ، شكستگي‌ها و درمان آبله استفاده مي‌كردند .

يوناني‌ها ، نخستين كساني بودند كه كوشيدند طبيعت نور و چگونگي ديدن را توضيح دهند .پس از ظهور علوم تجربي ، دو نظريه‌ درباره‌ي ماهيت نور مطرح شد . يكي از آنها ، نظريه‌ي ذره‌اي نيوتن بود كه نور را متشكل از باريكه‌اي از ذرات مي دانستند كه تابع قوانين حركت مي‌باشند و ديگري ، نظريه‌ موجي بود كه طبيعت موجي را براي نور پيشنهاد مي‌كرد .

تفكر در خصوص ليزر ، در اواخر قرن 19 و اوايل قرن 20 ميلادي و بر مبناي فيزيك كوانتومي پايه گذاري شد . در آغاز دانشمنداني نظير « بور » و « پلانك » تئوري‌هايي مطرح كردند كه در ادامه توسط نابغه قرن،« آلبرت اينشتين»،‌تكميل شد‌.(‌شكل 1-1) « اينشتين » در سال 1917 ،‌اصل و جوهره پيچيده نور را به عنوان يك سيستم الكتروديناميكي در مقاله‌اش تحت عنوان « تئوري كوآنتومي تشعشع » بيان كرد . اين كشف كه بر پايه تئوري‌هاي كوانتومي استوار بود ، به اين موضوع مي‌پرداخت كه تابش نور را مي‌توان بسته‌هاي گسسته انرژي ( به نام فوتون ) به حساب آورد كه در آن هر فوتون داراي انرژي خاصي ( مطابق با فركانس امواج آن بسته) مي‌باشد .

« اينشتين » ، نظريه‌ وجود فوتون‌ها و گسيل‌آ»ها را براساس پديده نشر برانگيخته ( گسيل القايي يا تحريك شده ) مطرح كرد ، اما اين موضوع مدت‌هاي طولاني تنها در يك كنجكاوي در آزمايشگاه باقي ماند و تا دهه‌ي پنجاه ، هيچ كس پتانسيل باور نكردني اين مفهوم را درك نكرد . اما سرانجام ، با تحقيقات كاربردي براساس اين نظريه ، امكان استفاده از آن و توليد « ميزر » و به دنبال آن ليزر ، فراهم شد .

پيدايش ميزر

پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر پیدایش میزر ايده اوليه پديده ليزر توسط « اينشتين» مطرح شد و پس از او در سال 1940، دانشمندي روسي به نام « فابريكانت » در رساله دكتري خود ، توليد تابش‌هاي تقويت شده را به اثبات رساند . سپس در سال 1954، « چالز تانز » فيزيكدان دانشگاه كلمبيا ، با استفاده از گاز آمونياك در ناحيه مايكروويو ، موفق به ساخت « ميزر» شد كه اين نخستين كاربرد براي پديده گسيل القايي محسوب مي‌شد (‌شكل 1-2) اين پديده تقريباً بطور همزمان در آمريكا و شوروي بررسي شد اما درهر حال ، ميزر همواره با نام « چالز تانز » همراه مي‌باشد ؛ زيرا اين ام را او و براساس حروف اول كلمات “Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation” براي اين پديده برگزيد .

«‌تانز » مي‌‌گويد ايده ميزر ، پيش از تشكيل جلسه « انجمن فيزيك آمريكا » و در يك صبح بهاري در سال 1951 در زماني كه روي نيمكتي در پاركي واقع در واشنگتن نشسته بود ، در ذهنش جرقه زد . او ايده خود را براي « هربرت زيگر » و « جيمز گوردون » و «نيكلاي باسوف » در « موسسه‌ي فيزيك لبدوف » در مسكو ، محاسبات دقيقي به منظور تعيين شرايط مورد نياز جهت عملكرد ميزر انجام دادند و مدت كوتاهي پس از ارائه گزارش « تانز » ، نتايج خود را منتشر كردند . سهم اين افراد به همراه « تانز » در عرضه‌ي ميزر ، در سال 1964 با اهداي جايزه نوبل فيزيك به اين سه تن ، به رسميت شناخته شد .

شكل 1-2 دستگاه ميزر ساخته شده بوسيله‌ي چالز تانز

ساخت ليزر

پس از ساخت ميزر « تانز » و ديگر فيزيكدانان ، به فعاليت در محدوده طول موج‌هاي كوتاه‌تر از مايكروويو (‌محدوده مرئي و مادون قرمز ) پرداختند .پروژه كار ورزي آشنايي با ليزر و بررسي دستگاههاي ليزر در پزشكي ساخت لیزر آنان دريافتند كه براي توليد گسيل القايي در اين محدود جديد ، شرايط فيزيكي در مقايسه با ميزر ،‌مشكل‌تر مي‌باشد . در نهايت ، « تانز » و «‌آرتور شاولو» در سال 1958 با چاپ مقاله‌اي جامع ،‌تفاوت‌هاي كار درمحدوده مرئي و و مايكروويو را مشخص كردند .

در همين سال‌ها « گوردن گلد » دانشجوي دكتراي دانشگاه كلمبيا ، به فعاليت در زمينه تعيين شرايط و امكانات مورد نياز براي گسيل القائي ، در ناحيه طول موج مرئي پرداخت و نتايج كار خود را در سال 1957 در دفترچه‌اي يادداشت كرد ؛ اما تلاشي در جهت چاپ اين نتايج به عمل نياورد . او پس از مدتي سعي كرد تا كار خود را به ثبت برساند . لذا به سرعت يادداشت‌هاي خود را براي ثبت رسمي ارائه داد .

اما علت مشاوره حقوقي نادرست ، اين كار تا اوايل سال 1959 ( 9 ماه پس از ثبت فعاليت تانز و شاولو ) انجام نشد. با وجود اين « گلد » نخستين كسي بود كه در يادداشت‌هاي خود ،

فهرست مطالب

عنوان  صفحه

چكيده…………………………………… 1

فصل اول

مقدمه…………………………………… 4

نورچيست…………………………………. 5

پيدايش  ليزر…………………………….. 7

ساخت ليزر……………………………….. 8

ليزر در پزشكي…………………………… 12

ظهور ليزر تراپي…………………………. 15

معرفي مراكزي كه در دوره كارورزي به آنجا رفتم.. 20

فصل دوم: مباني و اصول ليزر

مفاهيم اوليه …………………………… 23

برخورد نور با ماده………………………. 26

ماهيت نور و ليزر………………………… 28

اساس تشكيل ليزر…………………………. 31

ماده فعال………………………………. 33

كاواك………………………………….. 33

منبع انرژي …………………………….. 33

نحوه توليد ليزر ………………………… 35

خواص ليزر………………………………. 37

تك فامي………………………………… 38

همدوسي…………………………………. 38

واگرايي كم و هم راستايي………………….. 38

شدت بالا و درخشندگي………………………. 39

طبقه بندي ليزرها………………………… 39

ليزرهاي حالت جامد……………………….. 42

ليزرهاي مايع …………………………… 44

ليزرهاي گازي……………………………. 48

ليزرهاي نيمه هادي ………………………. 52

ليزرهاي پلاسما…………………………… 55

فصل سوم:انواع ليزرها و اصول دستگاههاي ليزر تراپي

مقدمه………………………………….. 57

انواع ليزرها در دستگاههاي ليزر تراپي………. 58

ليزر هليوم- نئون………………………… 62

ليزر اينديوم- كاليم- آلومينيوم – آرسنايد…… 63

ليزر گاز كربنيك…………………………. 64

ليزهايND – Yag ………………………….. 66

ليزر ياقوت……………………………… 67

ليزر كريپتون……………………………. 67

شرايط انتخاب و بكارگيري دستگاه ليزرتراپي…… 68

گذشته،حال و آينده دستگاههاي ليزر تراپي…….. 70

ليزر ديودي و نحوه ساخت آن………………… 71

انتقال انرژي در مواد نيمه هادي……………. 73

نحوه ساخت ديود ليزر……………………… 78

ساختمان داخلي ديود ليزر………………….. 82

ميزان واگرايي و اندازه پرتو………………. 82

وابستگي درجه حرارت به توان خروجي………….. 84

رفتار زماني ديود ليزر……………………. 86

نحوه موازي كردن پرتوي ليزر……………….. 89

انواع ديود ليزر…………………………. 90

ليزر تراپي چيست…………………………. 92

فيزيولوژي بافت و ليزر……………………. 95

برهم كنش نور با بافت…………………….. 98

فصل چهارم

نكات عملي در ارتباط با دستگاهها…………… 104

كاليبراسيون…………………………….. 110

عوامل مكانيكي در بهم خوردن كاليبراسيون…….. 111

معرفي دستگاهها و اپراتوري آنها……………. 112

معرفي دستگاه Mustang ……………………. 114

اپراتوري  Mustang………………………… 118

معرفي ليزر قلمي…………………………. 120

معرفي  AZOR-2k-02 ………………………. 121

اپراتوري AZOR-2k-02……………………… 122

معرفي دستگاه ILP و اپراتوري آن……………. 124

فصل پنجم

نكات ايمني……………………………… 127

تقسيم بندي ليزر از لحاظ انرژي…………….. 129

روش هاي ايمني…………………………… 130

خطرات ناشي از پرتو………………………. 131

خطرات چشمي……………………………… 133

خطرات دندان…………………………….. 134

خطرات غير وابسته به پرتو…………………. 135

فصل ششم

نتيجه گيري……………………………… 137

منابع و ماخذ……………………………. 140