در لیزر درمانی از دو نوع تابش پیوسته (مداوم) یا پالسی (منقطع) استفاده می شود. در تابش نوع پیوسته، منبع نور بطور پیوسته نور لیزر را منتشر می کند و به عبارتی منبع نوری، نور را با یک شدت ثابت منتشر می کند که به آن انتشار موج ‍پیوسته می گویند. در این نوع تابش، تا زمانیکه محیط فعال تحریک می شود، پرتو به طور پیوسته انتشار می یابد. اگر لیزر پیوسته بیش از حد مجاز بر بافت بتابد، گرمای بیش از حد آن بر سلولهای سالم نیز اثر می کند و می تواند بهبود را به تاخیر بیاندازد و حتی ممکن است سبب سوختگی شود.


لیزرها یا لامپ هایی با شدت های متفاوت نیز ساخته شده اند که به “انتشارهای مدوله شده” معروف هستند. مدوله کردن نور می تواند کوتاه یا بلند باشد. در حالت افراطی (۱۰۰٪ مدوله) شدت بصورت دوره ای به صفر می رسد. اگر شدت نور بین بیشترین حالت و صفر تغییر کند، مانند حالتی که کلید خاموش و روشن شود، به این حالت مدوله کردن موج مربعی (Square-Wave) و به منبع نوری، منبع پالسدار گفته می شود. لیزرهای پیوسته را می توان بصورت مکانیکی (با استفاده از دیافراگم، سوییچ کردن و منقطع کردن نور) یا الکترونیکی به شکل پالس تبدیل کرد. این پالس ها می تواند فرکانس کم یا زیاد، یا به عبارتی تعداد پالس های کم یا زیاد در ثانیه داشته باشد. اگر لامپ یا لیزر، نور مرئی با فرکانس های کم -۳۰ پالس در ثانیه- ساطع کند، ما می توانیم نور را بصورت سوسو زدن ببینیم. همچنین اگر زمان روشن و خاموش بودن نور لیزر، با هم برابر باشند دوره کاری (Duty Cycle) برابر با ۵۰٪ می شود. نوع دیگری از لیزرها وجود دارد که به آنها لیزر سوپرپالسی می گویند. این نوع لیزرها، پالس لحظه ای با زمان پالس بسیار کوتاه در حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ نانو ثانیه تولید می کنند. بعضی از این لیزرها، لیزر CO2، YAG و GaAs هستند. بررسی ها نشان داده است لیزرهای سوپرپالس، دارای آثار درمانی می باشند.(شکل۵ )

شکل ۵: (a) تابش پیوسته، (b) تابش پالسی، (d,c) تابش سوپرپالسی
 

نکته ۱: فرکانس پالس ارتباطی با فرکانس نور (Carrier Wave) ندارد. نکته ۲: مدولاسیون فرکانس ارتباطی با فرکانس نور (Carrier Wave) ندارد و به تنوع فرکانس موج اشاره دارد. لیزر پالس دار به این معناست که قدرت نور لیزر، بین بیشترین خروجی و صفر متغیر است. می توان لیزری طراحی کرد که بیشترین قدرت خروجی آن به مقدار زیاد و در حد تریلیون وات باشد. قدرت خروجی لیزر از این جهت حائز اهمیت است که نقش مهمی در عمق نفوذ در بافت دارد.

توان خروجی و چگالی توان توان خروجی لیزر در دستگاه های لیزر درمانی بر حسب واحد وات (W) یا میلی وات (mW) بیان می شود. توان های بالا به این معنی است که دوز (با واحد ژول بر سانتی متر مربع) یا چگالی انرژی مورد نظر، در زمان کوتاه تری بدست می آید. در سال ۱۹۷۰ لیزرهای درمانی اولیه با قدرت خروجی بین ./۵ تا ۲ میلی وات و در سال ۱۹۸۰ با قدرت خروجی ۴ میلی وات تا ۳۰ میلی وات ساخته شدند. در سال ۱۹۹۰ لیزرهای ۵۰۰ میلی وات تا ۱۰۰۰ میلی وات نیز وارد عرصه درمان بیماریها شدند. همانطور که در بالا گفته شد، قدرت خروجی یکی از عوامل تاثیر گذار در درمان است. پرتو لیزر می تواند در هر شئی هندسی با استفاده از لنزها و آینه ها تشکیل شود. اگر بخواهیم نور لیزر با یک پرتو باریک (نور موازی شده) را به یک سطح وسیع تری بتابانیم، این کار را می توانیم به دو روش انجام دهیم: ۱) ۱) گسترش دادن نور پرتو با عدسی ۲) حرکت دادن آینه در برخی روشها پرتو لیزر اسکن می شود تا بتواند یک سطح وسیع را پوشش دهد. منطقه اسکن شده معمولاٌ به شکل مربع یا مستطیل است. در اوایل دهه ۸۰ لیزرهای اسکنر مورد توجه قرار گرفتند و به نظر می رسید تاثیرات درمانی بیشتری داشته باشند زیرا ظاهراٌ منطقه وسیع تری از بدن مورد تابش بود، ولی اثرات درمانی واقعی این ابزارها آنگونه که انتظار می رفت، نبود. لیزرهای اسکنر کلاسیک، از ترکیب یک نور لیزر هلیوم نئون ۱۰-۵ میلی وات و دو نور (یا بیشتر) لیزر دیودی گالیوم ارسناید ۵-۱ میلی وات بودند، ولی از آنجایی که بازدهی درمانی لیزرهای اسکنر در کلینیک به حد انتظار نبود، این دستگاه تا حدی محبوبیت خود را از دست داد. در واقع لیزرهای اسکنر نتوانست اثرات درمانی مشابه با پروب های دستی -که بصورت نقطه ای با ناحیه درمان در ارتباط مستقیم بود- را داشته باشد. البته لیزرهای اسکنر امروزی توان خروجی بالاتر و تراکم توان بیشتری دارند و در شرایط خاص مانند زخم های وسیع یا بیماریهای پوستی مانند زونا مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت لیزر اسکنر این است که بصورت خودکار عمل می کند ولی بطور کلی لیزر با پروب دستی و درمان نقطه ای، موثرتر از لیزر اسکنر در درمان بیماریها شناخته شده است. همانطور که گفته شد، در لیزر پالسی، توان لیزر بین صفر و بیشترین مقدار آن متغیر است و پیک توان یا همان بیشترین مقدار توان یکی از عوامل مهم در میزان نفوذ نور لیزر در بافت است. ولی در محاسبات دوز، از توان متوسط استفاده می شود، زیرا وقتی موج لیزر بصورت پالسی در می آید، دوره های کاری Duty Cycle)) مختلف خواهد داشت و در نتیجه مطابق با آن، توان متوسط لیزر متغیر خواهد بود. هر چه درصد دوره کاری بیشتر باشد، توان متوسط لیزر نیز بیشتر می شود. چگالی یا دانسیته توان، روش دیگر برای بیان شدت نور است و میزان توان خروجی نور در واحد سطح را نشان می دهد. واحد چگالی توان، وات بر سانتی متر مربع (W/cm²) است. هر چه سطح تابش بیشتر شود، چگالی توان کمتر می شود و به عبارتی گسترده شدن نور در ناحیه، ارتباط مستقیم با کاهش چگالی توان دارد. به عنوان مثال، افزایش چگالی توان از طریق کانونی کردن نور با استفاده از یک ذره بین به دست می آید. در صورتی که ذره بین به نقطه هدف نزدیک تر شود، نقطه ی نور بزرگتر می شود و نور بر روی ناحیه ی پهن تری گسترده می شود و به همین نسبت چگالی توان نیز کاهش می یابد. بنابراین گسترده شدن نور در یک ناحیه، ارتباط مستقیم با کاهش چگالی توان دارد. برای مثال لیزر mW10 که نور آن بر روی ناحیه ای به مساحت mm²۱ متمرکز شده، چگالی توانی برابر با W/cm²۱ دارد. چگالی توان در لیزر جراحی با توان خروجی W10 که بر روی نقطه ای با قطر mm1/0 متمرکز شده است، بیشتر از W/cm² ۱۰۰۰۰۰ می باشد. چگالی توان در هر دو حوزه جراحی با لیزر و لیزر درمانی از اهمیت خاصی برخوردار است. Power Density = Power(W) / Area(cm²) باید به خاطر داشت که در موقع استفاده ی درمانی از لیزر، قانون آرنت شولتز (Arndt-Schultz) باید رعایت شود. مطابق این قانون، سطح آستانه ای برای انرژی لیزر وجود دارد که پس از آن، پاسخ های درمانی حاصل می شود. بعد از این سطح آستانه، با افزایش انرژی، پاسخ درمانی نیز افزایش می یابد. اگر شدت انرژی اعمال شده بر بافت باز هم بیشتر شود، به تدریج، پاسخ های بازدارنده و منفی بروز می کند. بنابراین در تعین دوز درمانی، هدف ما یافتن سطح انرژی تحریکی مناسب است که بتواند با داشتن حداکثر آثار بیولوژیکی و کلینیکی، حداقل انرژی را مصرف کند. (شکل۶)

شکل ۶: منحنی قانون آرنت شولتز (Arndt-Schultz)

در مطالعات معمولاً مقدار شدت نور، بر اساس مقدار انرژی مورد نیاز با واحد ژول (J)بیان می شود. این مقدار با ضرب کردن توان خروجی منبع لیزر بر حسب وات در مدت زمان تابش اشعه بر حسب ثانیه محاسبه می شود.

Energy (J) = Power (W) × Time (s)

عمق نفوذ عمق نفوذ لیزر به طول موج اشعه، توان خروجی دستگاه، نوع لیزر (پیوسته، پالسی یا سوپرپالسی) و همچنین تکنیک مورد استفاده توسط درمانگر، بستگی دارد. هر چند بطور کلی گفته می شود که اگر توان خروجی دستگاه بیشتر باشد، عمق نفوذ آن هم بیشتر است ولی عمق نفوذ لیزر به خواص اپتیکی پوست (نوع، ضخامت اپیتلیوم، ضریب انعکاس و میزان عروق زیر مخاط) نیز بستگی دارد. به علت مشکل بودن اندازه گیری میزان عمق نفوذ در بافت زنده، اغلب از شبیه سازی های کامپیوتری استفاده می کنند و یا مقدار آن در بافت مرده اندازه گیری می شود. در نتیجه مقادیر به دست آمده، اغلب حدود تقریبی عمق نفوذ را نشان می دهند. به نظر می رسد، همدوسی اشعه لیزر تا حدودی در چند لایه سلولی سطحی بافت تحت درمان، از بین می رود. با این حال به خاطر خاصیت هم راستا بودن نور لیزر، عمق نفوذ مؤثر اشعه لیزر بسیار بیشتر از عمق نفوذ نور معمولی است. همچنین باید توجه داشت که لیزر مادون قرمز نسبت به لیزر مرئی، عمق نفوذ بیشتری دارد. به بیان ساده، میزان عمق نفوذ اندازه گیری شده در بافت، برای طول موج های مختلف در لیزرهای پیوسته و پیوسته مدوله شده، با یکسان گرفتن پارامترهای دیگر، به صورت زیر بیان می شود: • لیزر مرئی با طول موج ۶۳۰ تا ۷۰۰ نانومتر =./۵ تا ۱ سانتی متر • لیزر مادون قرمز با طول موج ۷۰۰ تا ۹۰۰ نانومتر = ۲ تا ۳ سانتی متر • لیزر مادون قرمز با طول موج ۸۰۰ تا ۹۶۰ نانومتر = ۳ تا ۵ سانتی متر • لیزر مادون قرمز با طول موج ۹۷۰ تا ۹۹۰ نانومتر = ۱ تا ۲ سانتی متر • لیزر مادون قرمز با طول موج ۹۹۰ تا ۱۲۰۰ نانومتر= ۴ تا ۵ سانتی متر البته لازم است باز هم اشاره شود که پارامترهای بسیاری مانند رنگ پوست، دمای بافت، طراحی پروب مورد استفاده، مشخصات لیزر، تکنیک های درمانی و … در تعیین عمق نفوذ مؤثر لیزر، نقش مهمی دارند.

References

Tuner J, Hode L. The new laser therapy handbook. 2010. Prima Books, Sweden Baxter G.D.Therapeutic Lasers; Theory and Practice. 1st ed, 1994