El láser
- Mediterranean Health
- 30 ene 2017
- 11 Min. de lectura
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El láser es una de las nuevas técnicas que se están aplicando en la salud actualmente, en muy diferentes campos y con muchos usos distintos. Láser es el acrónimo de light amplification by stimulated emission of radiation, en español: amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. Como se puede observar es una radiación, así que para entenderlo tendremos que conocer primero algunos conceptos básicos sobre la radiación electromagnética. Estos conceptos, el láser propiamente y sus aplicaciones para la salud son precisamente los puntos que exploraremos en este artículo.
Conceptos previos
Radiación electromagnética
La radiación electromagnética son ondas producidas por la aceleración u oscilación de una carga eléctrica, con componentes eléctricos y magnéticos, siendo perpendiculares entre sí.
No necesitan un medio material para propagarse, por lo que pueden viajar a través del espacio. Así es como nos llega la energía del Sol y, en general, cualquier energía que la Tierra adquiera del espacio.
Debido al principio de dualidad onda-partícula, esta onda también puede ser estudiada como una partícula, el fotón, que es el bosón encargado de transmitir la interacción electromagnética, una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza, junto con la interacción nuclear fuerte (bosón g), la interacción nuclear débil (bosones W± y Z0) y la interacción gravitatoria (bosón hipotético gravitón). El fotón no tiene masa ni carga eléctrica, por lo que viaja a la velocidad de la luz y es imposible encontrarla en reposo. Por tanto, la única cualidad que hace distinguir un fotón de otro es su energía, que es directamente proporcional a su frecuencia, de la forma , siendo la constante de Plank y υ la frecuencia.
La radiación electromagnética se puede producir por muchos fenómenos en la naturaleza o provocados por el hombre, aunque en la mayoría de los casos se emite cuando un electrón baja de nivel energético y, por tanto, pierde energía. Esa energía es emitida en forma de fotón.
El espectro electromagnético
Como ya hemos mencionado, los fotones se pueden clasificar según su frecuencia y, por tanto, según su longitud de onda. Dependiendo de esto, el fotón tendrá una energía u otra, lo que condicionará sus usos.
Como vemos, el espectro está clasificado en diferentes tipos de radiación:
Ondas de radio: es una radiación no ionizante (es decir, sin suficiente energía como para arrancar un electrón) que utilizamos, principalmente, para telecomunicaciones.
Ondas microondas: también son no ionizantes. Un uso, por ejemplo, es el de calentar objetos, ya que tienen la suficiente energía como para calentar el agua en el interior de estos.
Ondas infrarrojas: son las longitudes de onda más próximas al espectro visible por el rojo. Tienen diversos usos y también son no ionizantes.
Espectro visible: son las frecuencias que el ojo humano está capacitado para ver. Abarcan todos los colores, desde el rojo, que es la de menor frecuencia, hasta el violeta, que es la de mayor.
Ondas ultravioletas: son las frecuencias inmediatamente superiores al espectro visibles. Comienzan a constituir radiaciones ionizantes, ya que sus fotones transportan suficiente energía como para ionizar un átomo, por lo que comienzan también a ser peligrosas para la salud (rayos UVA, UVB, etc).
Rayos X: ionizantes también, pueden traspasar la mayoría de los tejidos humanos y animales, pero no los huesos, de ahí su importante uso para el diagnóstico de lesiones u otras afecciones que provoquen alteraciones en la estructura de algún sistema.
Rayos gamma: constituyen las frecuencias mayores y, por tanto las más energéticas. Son las más peligrosas para la salud, aunque también tienen diversas utilidades para esta, como la esterilización de equipos médicos y alimentos. Estas frecuencias son las que emiten los elementos radioactivos, como el uranio o el plutonio, característica que se aprovecha para la obtención de energía, aunque también se da en reacciones de aniquilación positrón (antielectrón)-electrón.
Cuando estudiamos el espectro electromagnético es muy importante tener en cuenta el efecto Doppler. Por ejemplo, si observamos cualquier galaxia desde la Tierra, veremos que las más lejanas tienen colores más próximos al rojo. Esto ocurre porque se están alejando de nosotros y cada vez a más velocidad, por lo que la longitud de onda que emitieron se va dilatando cada vez más. En cambio, con la galaxia de Andrómeda, la más cercana a la Vía Láctea, ocurre lo contrario… ¡es más azul! Esto es debido a que no se aleja ¡se acerca! Otro ejemplo más cotidiano del efecto Doppler se da, por ejemplo, con un coche de policía y su sirena. Cuanto más se acerque a nosotros, más agudo oiremos su sonido (frecuencias más altas), y, cuanto más se aleje, más grave será (frecuencias más bajas). Es importante tener en cuenta que en este último ejemplo hemos utilizado ondas mecánicas y no electromagnéticas, ya que este efecto se da con todas las ondas. Esta característica tiene muchas utilidades, desde determinar los sentidos de giro de las galaxias a controles de velocidad de tráfico, pasando por el radar o las comunicaciones por satélite.
El láser
Orígenes
Hace cincuenta años, el 16 de mayo de 1960, Theodore Maiman, de los Laboratorios de Investigación Hughes, consiguió fabricar el primer láser operativo. El logro ponía fin a una carrera que había ocupado a investigadores y laboratorios durante varios años. Si bien es cierto que la aparición del láser marcó el inicio de una nueva era científica y técnica, sus orígenes, al igual que los de tantos otros hitos científicos, no se dejan circunscribir a una fecha concreta o a un único protagonista.
Según la versión de los Laboratorios Bell, el acontecimiento clave se remonta a 1958. En diciembre de ese año aparecía en Physical Review Letters un artículo en el que Arthur L. Schawlow y Charles H. Townes (investigador y asesor de los Laboratorios Bell, respectivamente) sentaban los principios de un hipotético amplificador de luz basado en el fenómeno de emisión estimulada de radiación. Los autores solicitaron entonces la patente del dispositivo, al cual bautizaron como "máser óptico" (el nombre se debía a una técnica previa para la amplificación de microondas). La licencia, sin embargo, no les sería adjudicada hasta 1960.
Por aquel entonces, Gordon Gould, estudiante de doctorado de la Universidad de Columbia, en Nueva York, ya había desarrollado sus propias ideas para la fabricación de un láser. Su trabajo data de 1957, como demuestra el registro notarial que hizo de sus apuntes, donde acuñaba el término "láser" como acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. En un principio Gould no solicitó la patente, convencido de que antes debía fabricar un modelo experimental. Cuando lo hizo, en 1959, la Oficina de Patentes estadounidense ya se hallaba deliberando sobre la solicitud de los Laboratorios Bell. Habrían de transcurrir veinte años de amargas disputas hasta que Gould lograse la adjudicación de varias licencias relacionadas con el invento.
En su artículo, Schawlow y Townes proponían la idea de disponer espejos en los extremos de una cavidad en la que un medio óptico previamente excitado emitiría luz. La radiación se reflejaría sucesivamente en los espejos, con lo que todos los fotones se alinearían en una misma dirección. Además, el tamaño de los espejos y de la cavidad podría ajustarse para seleccionar una única frecuencia de emisión.
Theodore Maiman fue uno de los lectores del artículo que decidió comprobar la viabilidad de la idea. Eligió un cristal de rubí como medio óptico y lo emplazó entre dos espejos de plata. Para conseguir la excitación en el cristal, dispuso a su alrededor una potente lámpara de destellos. El dispositivo funcionó. Por fin, el láser se había convertido en algo más que un proyecto teórico basado en un postulado sugerido por Albert Einstein en 1917.
Decepcionados, los Laboratorios Bell no tardarían en ponerse manos a la obra. Al poco tiempo mejoraron el prototipo de Maiman con la fabricación de un láser que operaba de manera continua en vez de pulsada.
Con independencia de su polémico origen, la aparición del láser desencadenó una avalancha de patentes e innovaciones que aún continúa a día de hoy. Su importancia no pasó desapercibida: en 1964, el premio Nobel de Física fue a parar a manos del mismo Townes y de Nicolay G. Basov y Aleksandr M. Prokhorov, del Instituto Lebedev de Moscú, por sus contribuciones al máser y el subsiguiente desarrollo del láser.
El énfasis del Nobel de 1964 recayó en el trabajo fundamental en el campo de la electrónica cuántica y en las nuevas posibilidades que ofrecía el láser para el estudio de la interacción entre radiación y materia. Algo muy cierto, como demostrarían los posteriores galardones concedidos a Schawlow en 1981 por sus aportaciones al desarrollo de la espectroscopía láser, a Steven Chu en 1997 por el desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luz láser y, en 2005, a Theodor W. Hänsch y John L. Hall por sus contribuciones a la teoría cuántica de coherencia óptica y al desarrollo de la espectroscopía de precisión basada en láser, incluyendo la técnica de peines de frecuencia óptica.
Tipos
Existen muchísimos tipos de láseres diferentes. Estos se pueden clasificar por su longitud de onda de emisión, desde las microondas hasta los rayos X; por su potencia, desde milivatios hasta petavatios; por su régimen de emisión, pulsados o continuos; o por las características de su medio activo, sólidos, líquidos o gaseosos; y cada uno de estos tipos tiene unas utilidades muy diversas. Los láseres del CLPU son láseres pulsados de estado sólido (Titanio:Zafiro) que emiten luz infrarroja. En el libro “El láser, la luz de tinuestro empo”, que puedes solicitarnos gratuitamente, puedes encontrar detalles sobre cada uno de los tipos de láser. La tabla siguiente resume las características de algunos de los tipos de láser más importantes:
Tipos de láser más comunes en el mercado
Las máquinas láser disponibles en el mercado se diferencian en primer lugar por las fuentes de láser montadas en las mismas. Se trata sobre todo de láseres de CO2, láseres de fibra y láseres de vanadato. Cada tipo de láser tiene sus propias ventajas e inconvenientes y resulta adecuado para tratar unos materiales u otros.
Láseres de CO₂ (láseres de gas)
Los láseres de CO2 son láseres de gas basados en una mezcla gaseosa de dióxido de carbono que se estimula eléctricamente. Con una longitud de onda de 10,6 micrómetros, resultan adecuados sobre todo para tratar materiales no metálicos y la mayoría de los plásticos. Los láseres de CO₂ tienen una eficiencia relativamente alta y muy buena calidad de rayo, por lo que son uno de los tipos de láser más utilizados.
Este láser permite trabajar con los siguientes materiales:
madera
acrílico o metacrilato
vidrio
papel y cartón
tejidos
plásticos
películas y materiales muy finos
cuero
piedra
Láseres de fibra
Los láseres de fibra pertenecen al grupo de los láseres sólidos. Generan el rayo láser mediante lo que se conoce como "Seed Laser" y lo amplifican en fibras de vidrio especialmente montadas a las que se suministra energía a través de diodos de bombeo. Con una longitud de onda de 1,064 micrómetros, los láseres de fibra consiguen un diámetro de foco muy pequeño, por lo que su intensidad es hasta 100 veces superior a la de los láseres de CO2 de la misma potencia media emitida.
Los láseres de fibra resultan ideales para el marcado de metales, para grabados en metal y para marcados en plástico ricos en contrastes. Los láseres de fibra por lo general no requieren mantenimiento y se caracterizan por su larga vida útil de por lo menos 25.000 horas de láser.
Este tipo de láser es adecuado para los siguientes materiales: metales, metales revestidos o lacados y plásticos.
Nd:YAG, Nd:YVO (láseres de cristal)
Como los láseres de fibra, los láseres de cristal pertenecen a los láseres sólidos. Para aplicaciones de marcado, en la actualidad estos láseres son bombeados por diodos (antes mediante lámparas de rayos). Los tipos de láser más habituales de esta categoría son Nd:YAG (granate de itrio-aluminio dopado de neodimio) y Nd:YVO (ortovanadato de itrio dotado de neodimio), llamados así por el elemento de dopado neodimio y el cristal anfitrión. Con 1,064 micrómetros, los láseres de cristal presentan la misma longitud de onda que los láseres de fibra y por lo tanto también resultan adecuados para marcar metales y plásticos.
A diferencia de los láseres de fibra, estos tipos de láser necesita de diodos de bombeo como material de desgaste, que son relativamente costosos, y que hay que cambiar aproximadamente cada 8.000 o como máximo 15.000 horas de láser. Incluso el propio cristal tiene una vida útil mucho más reducida que el láser de fibra.
Indicado para: metales, metales revestidos o lacados, plásticos, y en parte también cerámica.
Aplicaciones para la salud
Cirugía
Una de las aplicaciones más importantes del láser en el ámbito de la salud es la cirugía, siendo especialmente útiles en oftalmología para cambiar la forma de la córnea o en partos, neurocirugía y cirugía vascular, donde se requieren cortes de extrema precisión. También se utilizan micro-bisturís láser en investigación celular, ya que su tamaño es mucho menor al de un bisturí normal y permite un mejor manejo.
La principal ventaja del láser es que permite cortar y cauterizar (es decir, cerrar heridas) en pocos segundos sin causar apenas sangrados y sin dañar los tejidos de alrededor. Un ejemplo, quizás un poco burdo, de estas situaciones se puede encontrar fácilmente en Star Wars. A pesar de su poca (o inexistente) precisión científica, sí que aciertan en algo: las heridas hechas con espada láser cauterizan rápido. Por eso no vemos la pantalla llena de sangre cuando Anakin es desmembrado en el episodio tres, o cuando Luke pierde su brazo a manos de su padre, Darth Vader.
En cirugía estética, se utiliza para eliminar estrías, manchas solares, pequeños lunares, tatuajes o arrugas. En la dermatología para extirpar lesiones o remover vasos sanguíneos. Pero el principal campo de aplicación del láser es en la oftalmología para el tratamiento de miopía, hipermetropía y astigmatismo, al poder cambiar la forma de la córnea y, por tanto, corrigiendo el problema.
También se suele utilizar para tratar la hiperplasia prostática (aumento del tamaño de la próstata) si no es necesaria una intervención mayor.
Otras técnicas no invasivas
El láser, hoy en día y gracias a los avances, es empleado como un tratamiento efectivo, placentero y no invasivo que puede ser empleado para reducir la acumulación y el exceso de grasas, modelar el cuerpo (combatiendo la celulitis y la flacidez), reduce edemas, favorece a la oxigenación de los tejidos, y suavizar el aspecto general de la piel.
A continuación se explicarán dos técnicas no invasivas:
Lipo Laser NO INVASIVO
El Lipo-Laser No Invasivo es considerado como el procedimiento de moldeamiento corporal más sano para el cuerpo, ya que estimula la liberación natural de los excesos de grasa sin destruir ni alterar tanto el tejido adiposo como los demás tejidos adyacentes.
Esta técnica, es capaz de estimular la célula adiposa a que libere gran parte de su contenido celular (agua, ácidos grasos y glicerol) hacia el espacio intersticial para que posteriormente sea drenado y metabolizado naturalmente por el cuerpo, de esta manera la célula grasa reduce considerablemente su tamaño lo que se traduce en perdida de centímetros para los pacientes.
El Lipo-Laser No invasivo está compuesto por sesiones de 15 min por área, 2 o 3 veces a la semana con un mínimo de 3 semanas.
SCULPSURE
Los resultados de esta técnica no son equiparables por el momento a los procedimientos quirúrgicos, pero si están avalados por su seguridad y la práctica ausencia de efectos adversos, ya que se trata de una técnica no invasiva del láser.
Se trata de un procedimiento no invasivo, indoloro, en el que se aplican varios terminales láser sobre el área de la piel que el paciente desee tratar. Estos se fijan en la superficie cutánea por medio de unas bandas que son regulables en cada caso, lo que permite una adaptación perfecta a la silueta corporal.
Otros usos
Aplicaciones militares
Un proyecto simple y prometedor, está siendo desarrollado en muchos lugares el mundo, un sistema láser para dejar ciegos a soldados enemigos y a su equipamiento óptico.
La potencia requerida no es especialmente alta, debido a la elevada sensibilidad de nuestro sistema visual, y la de los sistemas ópticos de detección utilizados en el campo de batalla.
La operación de un sistema láser para cegar es simple, el haz de láser se utiliza para barrer el espacio frente a las tropas militares, cegando a los soldados enemigos y a su equipamiento.
Aplicaciones en las exposiciones y museos
Los hologramas permiten ver imágenes tridimensionales, por ello hay museos especiales de holografía donde los hologramas se muestran como un arte en sí mismos.
Un buen holograma contiene toda la información incluida en el objeto original, y gracias a la holografía a color, se pueden ver objetos especiales en muchos museos.
En resumen, el láser se produce gracias a una radiación electromagnética y tiene multitud de aplicaciones, siendo las principales para la salud el bisturí láser y su capacidad para deformar tejidos.
Esperamos que os haya gustado este artículo y, como siempre hasta la próxima.
Os dejamos las fuentes a continuación por si queréis ampliar sobre esta temática:
Fuentes
es.wikipedia.org
rinconeducativo.org
www.insht.es
www.salud180.com
www.mauriciolinares.com
grupopedrojaen.es
www.um.es
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