Láser y tecnologías no lumínicas en medicina estética

Conceptos básicos del láser

AMIR
MEDICINA
ESTÉTICA
Láser
MÓDULO 2
2.1 Conceptos básicos
del láserÍNDICE

1. CONCEPTOS BÁSICOS DEL LÁSER

Datos históricos del láser

1. DATOS HISTÓRICOS
2. CONCEPTO DE LÁSER
3. PARÁMETROS LÁSER
4. INTERACCIONES TEJIDO-LÁSER
5. PENETRACIÓN DE LA LUZ EN LA PIEL
6. MECANISMO DE ACCIÓN DEL LÁSER SOBRE EL
   TEJIDO
7. FOTOTERMOLISIS SELECTIVA Y TIEMPO DE
   RELAJACIÓN TÉRMICA (TRT)
8. MODALIDADES LÁSER
9. LUZ PULSADA INTENSA (IPL)
10. PREVENCIÓN DE COMPLICACIONES Y SEGURIDAD
11. VENTAJAS/INCONVENIENTES DEL TRATAMIENTO
    LÁSER
12. TERAPIA FOTODINÁMICA (TFD)
13. DISPOSITIVOS EMISORES DE ENERGÍA NO LUMÍNICA

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ESTÉTICA2.1
MÓDULO 2
LÁSER
Conceptos básicos del láser

Conceptos físicos básicos del láser

En este primer tema del módulo vamos a abordar
los conceptos físicos básicos de las fuentes
de iluminación. Ello nos permitirá entender
posteriormente el tratamiento de las distintas
condiciones médicas o estéticas. De esta forma,
en los temas siguientes, nos centraremos en el
tratamiento de las lesiones vasculares, defectos
pigmentarios, eliminación de tatuajes, depilación,
remodelación cutánea y, por último, se explicará el
modo de funcionamiento de las luces LEDs y su
aplicación práctica.
Además, para finalizar este tema, haremos
referencia al modo de funcionamiento de otros
dispositivos de energía no lumínica (radiofrecuencia
y ultrasonidos microfocalizados) que tienen utilidad
en la remodelación cutánea.

Historia del láser

La idea de emplear una fuente de iluminación
para el tratamiento de diferentes patologías o
condiciones estéticas no es nueva. Ya en el año
3000 aC. los egipcios aprovechaban la luz solar
para tratar diversas enfermedades cutáneas como
la psoriasis o la dermatitis.
Pero la verdadera historia del láser médico comienza
en el año 1921 cuando Albert Einstein recibe el
premio Nobel de Física por sus investigaciones
sobre el efecto fotoeléctrico y la estimulación
de fotones, lo que sin duda supuso el inicio de
la historia del láser. Como curiosidad podemos
comentar que muchas personas creen que Einstein
logró el premio Nobel de Física por la "Teoría de
la relatividad", sin embargo, lo consiguió por sus
investigaciones con fuentes de luz. Posteriormente
fueron otros personajes como Charles Townes y
Arthur Leonard Schawlow los que contribuyeron al
desarrollo de la técnica, aunque entre ellos destaca
Theodore Maiman quien en el año 1964 desarrolló
el primer láser de rubí (634 nm). Como dato
llamativo, estos investigadores fueron creando y
evolucionando distintos dispositivos en los garajes
de sus propias casas, hasta llegar a alcanzar la
impresionante variedad de equipos láser de la que
disponemos actualmente.

Albert Einstein
Theodore Maiman
Egipcios
Figura 1. Historia del láser.

Concepto de láser

El láser es una luz que el ser humano, gracias al
desarrollo tecnológico, es capaz de generar de forma
artificial. Por tanto, al tratarse de una luz (de fotones)
se incluye en el espectro electromagnético. Este
espectro hace referencia a la distribución energética
del conjunto de las ondas electromagnéticas.
Dichas ondas se extienden desde la radiación de
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Docentes: Sergio Alique
menor longitud de onda, como los rayos gamma
y los rayos X, pasando por la radiación ultravioleta,
la luz visible y la radiación infrarroja, hasta las
ondas electromagnéticas de mayor longitud de
onda, como son las ondas de radio. Un aspecto
muy importante del espectro electromagnético es
que cuanto menor es la longitud de onda, mayor
frecuencia vamos a tener (la amplitud de onda es
menor) y esto se traduce en ondas más energéticas.
Y, al contrario, cuanto mayor es la longitud de onda,
menor frecuencia y menor energía van a generar
este conjunto de fotones.
Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de
alta frecuencia tienen una longitud de onda
corta y mucha energía, mientras que las ondas
electromagnéticas de baja frecuencia tienen
grandes longitudes de onda y poca energía.

-- Increasing Frogacnicy (v)
--
+ Energía
.
- Energia
Incicasos Wavelength (k) -.
-
-
Figura 2. Espectro electromagnético.

Espectro electromagnético y láseres médicos

Una vez que conocemos las características del
espectro electromagnético podemos situar los
láseres médicos en el rango de longitudes de onda
que emiten. Estos aparatos se sitúan en longitudes
de onda que van desde el ultravioleta, pasando
por la luz visible (que es donde actualmente se
encuadran la mayoría de los dispositivos) hasta
llegar al infrarrojo (hasta longitudes de onda de
10600 nm, que es la que porta el láser de CO2).
El término láser es un acrónimo compuesto por
las palabras: Ligth Amplification Stimulated
Emission Radiation, es decir un haz de luz
estimulada y amplificada. Los equipos láser se
componen de 3 elementos:

• Medio activo: puede ser sólido, gas, líquido o
  semi-conductor.
• Dispositivo de excitación (o de bombeo): lámpara
  flash para bombeo óptico de un medio sólido.
  Descarga eléctrica cuando el medio activo es un gas.
• Cavidad resonante: compuesta por dos
  espejos en cada extremo del medio activo,
  uno de ellos semitransparente para permitir la
  salida del haz de láser.

Realimentación
Medio activo
Salida de la
radiación
electromagnética
Espejo
100% reflejante
Mecanismo de
excitación
Acoplador
de salida
Figura 3. Componentes de un dispositivo láser.

Generación del haz de luz láser

En el interior de dicha cavidad resonante es donde
tiene lugar la generación del haz de luz láser de la
siguiente forma. La cavidad resonante está repleta de
átomos, dentro del cual encontramos el núcleo y en
sus orbitales los electrones. Estos electrones están en
un equilibrio energético, es decir, están estables. Al
administrar una energía externa al átomo (dispositivo
de excitación), el electrón salta a un orbital superior,
a un orbital más energético y esto es una situación
inestable, por lo que el átomo va a tener tendencia
a volver a su situación estable, de forma que ese
electrón que ha saltado al orbital más energético
vuelve a su orbital inicial desprendiendo con ello
energía, que va a liberar en forma de fotón. Pero esta
energía se libera de forma desordenada, cuando dicho
fotón se encuentra con otro átomo que tiene sus
electrones en esa situación excitada (con un electrón
en un orbital más energético) se produce de nuevo la
liberación de energía de modo que el electrón baja a
su orbital de reposo, y se liberan 2 FOTONES que son
iguales, están en fase, vibran con la misma longitud
de onda y paralelos. Al amplificar este mecanismo
vamos a conseguir un haz de láser.
Todo este mecanismo determina las características
básicas de la luz láser: monocromática, coheren-
te y colimada. Es decir, luz de un único color, de
una única longitud de onda. Se dice que dos pun-
tos de una onda son coherentes cuando guardan
una relación de fase constante, es decir, cuando
conocido el valor instantáneo del campo eléctri-
co en uno de los puntos, es posible predecir el del
otro. Por último, se entiende por luz colimada a la
luz cuyos rayos son paralelos entre sí. Esta última
característica determina que la divergencia sea ex-
tremadamente baja, con lo que la luz permanece
muy concentrada, propiedad que permite liberar
potencias luminosas considerables sobre superfi-
cies muy pequeñas. En definitiva luz "pura".
Tipo de medio activo: como hemos comentado
el medio activo puede ser de varias naturalezas,
y en función de ello tendremos unos u otros
dispositivos láser.
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52.1

• Sólido: ND-YAG doblado con cristal KTP (532
  nm), Rubí (694 nm), Alejandrita (755 nm), ND-YAG
  (1064 nm), Erbium-glass (1540 nm), Erbium-YAG
  (2940 nm).
• Gas: Excímero XeCl (308 nm), Nitrógeno (337
  nm), Argón (488-514 nm), Krypton (568 nm),
  Vapor de Cobre (510-578 nm), Helio (632 nm),
  CO2 (10.600 nm).
• Líquido: Colorante (Rhodamina 6G, entre 560 y
  630 nm con emisión máxima en 595 nm).
• Semiconductor: 650-990 nm (InGaAsP), 1800-
  2000 nm (InGaAs/InP).

Au (577nm)
-Kr(647mm)
N& YAG + KTP (502mm)
Ar (450 + 514nm)
Alexandrite (720-790nm)
GaAs (780-830nm)
XeCi (308mm)
Nd: YAG (1,064 pm)
CO2 (10.6 pm)
[Oye -
Ho: YAG (2.15mm)
Er: YAG (2.54 pm)
UV
IR
100
1000
10.000 mm
IR -A
100
280 315-400
750
1400
3000
Figura 4. Láseres empleados en medicina en función de
su longitud de onda.

Parámetros láser

Los parámetros láser a tener en cuenta, que nos van
a determinar las características del tratamiento, son
los siguientes:

• Longitud de onda (1). Es decir, en qué punto
  del espectro electromagnético se sitúa la luz
  emitida. A cuántos nm emite.
• Tiempo de disparo o pulso. Cuánto dura el haz
  de fotones generado.
• Superficie iluminada por el láser. Determinada
  por el diámetro del spot (diámetro a través del
  cual se emite el haz de luz). La superficie del
  spot sigue la fórmula: (TT x D2)/4.
• Potencia: Energía/tiempo = julios/seg = watts.
• Irradiancia: I (W/cm2) esto es: potencia/superficie
• Fluencia: F (J/cm2) = potencia x tiempo disparo/
  superficie (cm2) = julios/cm2. Con referencia
  a la fluencia es importante destacar que está
  influenciada por los parámetros previos, de tal forma
  que a menor tiempo de disparo más energía se
  genera, y a menor spot también transmitimos más
  energía por unidad de superficie (cuanto mayor sea
  el diámetro menor se concentrará la energía).

Longitud de onda del láser

Longitud onda.
La longitud de onda nos va a definir cuál va a ser la
diana de absorción, es por tanto, la característica
determinante de los dispositivos láser. De tal forma que
según la longitud de onda del láser vamos a actuar
sobre unas u otras dianas. En la piel contamos con tres
cromóforos principales: la hemoglobina (que tiene
diferentes picos de absorción, que se corresponden
con las longitudes de onda que utilizamos en el
láser vascular), la melanina que tiene un espectro de
absorción más amplio (sin generar picos), y el agua
que tiene su pico de absorción a mayores longitudes
de onda (cromóforo preferente para rejuvenecimiento).

Coeficiente de absorción (cm1)
1064
510
694
532
1000
755
810
100
Mclanina
10
Oxihemoglobina
1
Aqua
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400
Longitud de onda
Figura 5. Espectro de absorción de la luz y cromoforo
predominante en función de su longitud de onda.
Existe una diferencia o puntualización entre el con-
cepto de cromóforo y diana. El cromóforo es la mo-
lécula a la que se dirige el haz láser; mientras que la
diana es la estructura anatómica que pretendemos
destruir: un vaso sanguíneo (cromóforo hemoglo-
bina), el pigmento por ejemplo de un léntigo (cro-
móforo melanina) o tatuaje (cromóforo partículas de
tinta), o una arruga (cromóforo agua).

Tiempo de disparo o pulso del láser

Tiempo de disparo o pulso.
Como hemos comentado, hace referencia a la
duración del haz de fotones, desde su inicio has-
ta su final. Una característica fundamental es que
cuanto más corto sea el pulso mayor va a ser el
pico energético generado. En función de ello con-
tamos con diferentes modos de emisión.

• Continuo: el haz de luz se emite de forma
  constante desde su inicio hasta su final. Se trata de
  un pulso en segundos o minutos y habitualmente
  de potencia baja (1-10 Watt).

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