laser y aplicaciones medicas
TRANSCRIPT
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Dr. Vicente Torres Zúñiga
El láser al rescate de la medicina: aplicaciones para controlar
enfermedades
2¿De qué va la charla?
• Características de las fuentes láser • Propiedades ópticas de los tejidos• Interacciones láser-tejidos• Algunas aplicaciones:
– Cirugías estéticas y de ojos • Absorción UV-Vis-NIR
– Imagenología para detectar cáncer• Fluorescencia• Óptica No-lineal: generación de segundo armónico • Fotoacústica
– Acupuntura láser (¿WTF!!?)
Credit: alexander tsiaras/science photo library.
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El mecanismo cuántico de la absorción/emisión, láser
La luz es una ondaelectromagnética ypuede presentarsecomo un paquete deLa luz es una ondade energía: Fotones Los átomos sólo absorbenfrecuencias luminosascaracterísticas – elevando el del estado energético atómico base.
Cuando desciende elestado energéticose libera un fotóncaracterístico.
Si en el estado elevadoincide el fotón adecuado
se liberan dos fotonesidénticos: luz láser
A. Einstein propuso estos procesos en 1917.
5¿Qué es un láser?
• Es una fuente de luz: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (1960)
Componentes del láser: 1) Medio láser 2) Energía de bombeo, y 3) Cavidad óptica
Energía
Pueden existir láseres a base de cerveza o Coca-Cola. Sin embargo, otros materiales tienen un mejor desempeño.
7Cualidades de los haces láser
• Alta intensidad, indispensable para muchas aplicaciones.
• Monocromaticidad, se relaciona con la absorción de una molécula particular.
• Alta colimación y coherencia, permite enfocar hasta el orden de un 1 micra y el acoplamiento de fibras ópticas.
• Se puede estructurar el pulso. Para producir un efecto especifico. Pueden duran muy poco.
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La parte relevante del espectro electromagnético.
Longitud de onda (nm)
Excimero
ArgónColorante
RubíDiodo
Longitud de onda (nm)
Nd:YAGHo:YAG
Er:YAG
CO2
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Aplicaciones selectivas de los láseres en medicina
• Diagnostico: La meta es analizar el tejido.• Terapia: La meta es modificar el tejido, e.g.
matar células malignas.
Transicionesno-radiativas
Fluore-scencia
Fosforescencia
Cruce en elIntersistema
Abs
orci
ón
Emis
ión
S0
S1
S2
T1T2
Tiempo
10Cada molécula absorbe cierto color
Agua
Esparcimiento
Proteínas
Melanina
Hemo-globina
Longitud de onda, l (nm)
Coe
ficie
nte
deab
sorc
ión,
(1/c
m)
12
Tiempo de exposición, t (s) Raz
ón d
e ex
posi
ción
(W/c
m2 ) Modo electro-
mecánico
Ablación
Fluencia (J/cm2)
Modo térmicoVaporización
CoagulaciónModo foto-químico
Bioestimulación
Zonas de efectos físicos
13Funciones quirúrgicas del láser
1. Incorporado a una fibra óptica, sirve para observar dentro de un paciente.
2. Vaporiza la superficie del tejido.3. Cauteriza, reduciendo el sangrado que
ocasiona el corte de un bisturí.
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Láseres en cirugía estética: remoción de tatuajes
• El láser penetra la piel e incide en el pigmento, lo degrada y los residuos son absorbidos por el sistema linfático.
• Las heridas de la piel son mínimas, y las sesiones duran un par de minutos.
• Se usan láseres como el de ruby, Nd:YAG, alexandrita.
http://tattooing1.blogspot.mx/2012/10/laser-tattoo-removal-in-nyc-addresses.html
17Precauciones al usar el láser en la piel
• el candidato ideal es de piel delgada y pelo negro
• Se debe usar anestesia tópica y enfriar la superficie
• Después de muchos tratamientos se logra la depilación (reducción) a largo plazo, pero no permanente.
• Efectos secundarios de usar el láser: – Poco recomendado en pacientes que tratados
con el fármaco isotretinoína– Hyperpigmentación– Formación de ampollas y cicatrices – Brote de acné – Irritación O. A. Ibrahimi et. al. Laser hair removal.
Dermatologic Therapy, Vol. 24, 2011, 94–107
19Cirugía oftalmológica
EL SABER Y LOS SENTIDOS, ELIEZER BRAUN
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130 millonesde células nerviosas
23La fluorescencia en la naturaleza
• Calcita ante luz blanca• Fluorescencia de la calcita con luz UV.
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Fluorescencia de células antes de multiplicarse
Injertando proteínas fluorescentes en la maquinaria genética del Bacillus-Subtilis, podemos observar efectos ópticos periódicos.
Por medio de procesamiento de imágenes. Automatíceme se analizó este comportamiento celular: N = 20
Investigación en colaboración con el el Caltech. USA.
Articulo en preparación:
29Uso de biomarcadores
• Permiten diferenciar entre ciertos tipos de tejidos.– Absorbentes endógenos: hemoglobina, proteínas,
melanina, agua. – Fluoroforos endógenos: colágeno, elastina, NADH.
• Su inserción permite aumentar alguna caractereristica física determinada. – Nanopartículas: Oro encapsulado en vidrio– Colorantes: violeta de genciana
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Cómo se usan los biomarcadores para aumentar el contraste
Hazláser
Mientras más marcadores se concentren en el tumor, mejor. Pero hay que superar el límite de saturación
32¿Qué es la técnica sol-gel?
• Es la hidrólisis de precursores moleculares y su policondensación a una forma vidriosa y amorfa.
• Por su porosidad final permite la agregación de sustancias orgánicas e inorgánicas durante la formación de la red vidriosa en condiciones de presión atmosférica y ~20oC.
Área máxima para sol-gel: 500 m2/gr
Violeta de genciana en la ONL-c(2)
AD D
D
Torres-Zúñiga, V., & Morales-Saavedra, O. (2012).Mat. Chemi. & Phy., 133 (2-3), 1071-1082
34¿Qué es la SHG y estudios biológicos?
1064 nm 532 nmw
w2w
Mediciones relativas respecto a un material de referencia.
Tiem
po
Ref: W. Hu, G. Zhao, C. Wang, J. Zhang,L. Fu, PLoS ONE, 7 (5 ) 2012
Tumor pancreático en diferentes etapas observado por técnicas de SHG e histología convencional (hematoxylin and
eosin images and the Masson’s trichrome images)
37Tomografía axial por transmisión
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TAC
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Observando más de cerca el caso de la sangre
De una cuidadosa de l‘s se puede obtener información de las razones de oxigenación.
Ref.: C. Li & L. V. Wang Phys. Med. Biol. 54 R59 2009
A mayor el volumen de sangre,Más vasos sanguíneos,mayor señal PA.
El cáncer necesita alimentarse, por ello crecen vasos alrededor de él.
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La resolución/penetración la PA es buena… y puede ser mejor
Ref: 1) M. Xu & L. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101, 2006.
2) E. De Montigny, Photo-acoustic Tomography: Ecole Polytech Montreal, 2011.
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Propuesta de camilla para detección de cáncer mamario
Una camilla fácil de instrumentar que tome en cuenta variaciones anatómicas de las mujeres
(A) (B) (C)
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Seno femenino • tejido blando • materia suave
— VISTA LATERAL—• Glándulas• Tejido graso subcutáneo• Musculo del seno• Pezón• Caja torácica• Capa muscularRequerimos maniquís que
reproduzcan las propiedades morfológicas, mecánicas y ópticas de seno.Ref: European Institute of Women's Health
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Etapas para autorizar el uso de un medicamento
http://www.fda.gov/aboutfda/enespanol/default.htm
46Acupuntura láser (WTF!!!)
Laser acupuncture: past, present, and futureP Whittaker - Lasers in Medical Science, 2004.
Functional magnetic resonance imaging detects activation of the visualassociation cortex during laser acupuncture of the foot in humansCM Siedentopf, SM Golaszewski, FM Mottaghy,Neuroscience, 2002.
47Conclusiones generales
• Las fuentes de luz láser se caracterizan por su alta intensidad. Por lo cual son útiles para aplicaciones diversas, como las médicas.
• Dependiendo del color, la duración del pulso, la intensidad y la exposición del tejido a la luz, es la aplicación.
• Son vastas las aplicaciones de los láseres en medicina. Pero siempre hay que tener un pensamiento crítico en su uso.
48Gracias por su atención, ¿Preguntas?
• Email: [email protected]• Twitter: @TaoFisica• Blog: http: // vicente1064.blogspot.com