Sáu thông số của Laser trong da liễu

Thế giới bao gồm ánh sáng và vật chất. Khi ánh sáng và vật chất gặp nhau, chúng tương tác với nhau và tạo ra nhiều thay đổi vật lý và hóa học. Ví dụ, nếu bạn đứng dưới bầu trời mùa thu trong vắt, bạn có thể cảm thấy cơ thể mình nóng lên ngay cả khi thời tiết mát mẻ. Hiện tượng này xảy ra khi ánh sáng được chuyển hóa thành nhiệt trong da (Năng lượng ánh sáng Năng lượng

Nói chung, ý nghĩa của ánh sáng chỉ đề cập đến phạm vi khả kiến (400-760 nm), nhưng nói đúng ra, ánh sáng khả kiến đề cập đến ánh sáng theo nghĩa hẹp, trong khi ánh sáng theo nghĩa rộng đề cập đến bức xạ điện từ (EMR). EMR là tất cả năng lượng truyền trong không gian dưới dạng sóng bởi điện trường và từ trường. EMR trải rộng từ tia nhìn thấy đến bước sóng ngắn của tia Y và tia X đến bước sóng dài của sóng vi ba và sóng vô tuyến (Hình 1.2)

Mỗi EMR có bước sóng và tần số riêng. Laser được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực da liễu thể hiện EMR bằng nanomet (nm), là đơn vị sóng. Phổ điện từ được sử dụng trong lĩnh vực da liễu bao gồm tia cực tím (UV), khả kiến, cận hồng ngoại (NIR), hồng ngoại trung (MIR) và hồng ngoại xa (FIR) (Bảng 1.1).

Bảng 1.1: Phạm vi và bước sóng của bức xạ điện từ

Phạm vi	Nanometer
Tia cực tím (UV)	200-400 nm
Khả kiến	400-760 nm
Cận hồng ngoại (NIR)	760-1400 nm
Hồng ngoại trung (MIR)	1400-3000 nm
Hồng ngoại xa (FIR)	>3000 nm

Loại laser	Phương tiện phát tia laser	Bước sóng
Lỏng	Dye	585, 595 nm
Khí	CO2	10,600
	Argon	510 nm
	Excimer	308 nm
Rắn	Ruby	694 nm
	Alexandrite	755 nm
	Er:YAG	2940 nm
	Nd:YAG	1064 nm, 1320 nm
	Diode	808, 810 nm, 1450 nm

Vì vậy, khi chúng ta nói về loại tia laser, khi bạn nói laser ruby, chúng ta biết rằng bước sóng của tia laser là 694 nm và ngược lại. Do đó, chúng ta phải biết bước sóng tương ứng với môi trường laser.

Tuy nhiên, một số laser có thể tạo ra nhiều bước sóng với một môi trường. Ví dụ, laser Nd:YAG có thể tạo ra 1064 nm và 1320 nm, và laser diode có thể tạo ra 808 nm, 810 nm và 1450 nm. Đây là lý do tại sao khi mô tả laser, bước sóng và môi trường phải được mô tả cùng nhau như trong “laser Ruby 694 nm”. Ngoài ra, do bản thân máy laser thay đổi tùy thuộc vào thời lượng xung (PD), nên PD cũng nên được mô tả như trong “laser Q-switched ruby 694 nm”. Tuy nhiên, tôi chỉ nói “Q694” hoặc “long1064” trong cuộc trò chuyện hoặc bài giảng vì tên dài của nó

Laser có các thông số năng lượng khác nhau (bảng 1.3). Năng lượng là số lượ oton phát ra trong một xung đơn. Tia laser có năng lượng cao là tia laser chất lượng cao vì nhiều photon được phát ra trong một xung duy nhất cho phép nhiệt độ mô cao hơn. Năng lượng được sử dụng để biểu thị công suất của laser trong xung laser trong đó PD được cố định. Mặt khác, công suất là số lượng photon phát ra trong một đơn vị thời gian. Khái niệm thời gian bao gồm công suất, so với năng lượng. Bởi vì công suất là số lượng photon “mỗi giờ” trong kỹ thuật, nó đề cập đến đầu ra hoặc “khả năng (lực)” của máy. Ngoài ra, vì “năng lượng = công suất x thời gian”, nghĩa là năng lượng là tổng lực tác dụng hoặc lượng “công việc” do máy thực hiện. Công suất chủ yếu được sử dụng để thể hiện đầu ra của laser liên tục.

Bảng: Thông số năng lượng của bức xạ quang học

Thông số	Đơn vị	Công thức
Năng lượng	Joule(J)	Năng lượng = công suất X giây
Công suất	Watt(W) = J/s	Công suất = năng lượng/giây
Mật độ năng lượng (fluence)	J/cm2	Mật độ năng lượng = năng lượng/cm2
Mật độ công suất (irradiation)	W/cm2	Mật độ công suất = công suất/cm2

Do đó, năng lượng và công suất đều được sử dụng để thể hiện đầu ra của laser. Nhưng đối với các bác sĩ laser số lượng photon chiếu xạ trên da rất quan trọng, đó là lý do tại sao cần có khái niệm về đơn vị diện tích. Do đó, các thông số về mật độ năng lượng và mật độ công suất được sử dụng. Mật độ năng lượng là số lượng photon được chiếu xạ trong một xung đơn, trên một đơn vị diện tích da. Nó thường được gọi là fluence. Mật độ công suất là số lượng photon được chiếu xạ trên da, trên một đơn vị thời gian và đơn vị diện tích.

Vậy tham số nào quan trọng hơn? mật độ năng lượng hay mật độ công suất? Khi tia laser tiếp xúc với da, nhiệt độ tăng lên. Nói cách khác, năng lượng ánh sáng được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt. Số lượng photon càng nhiều thì nhiệt độ càng cao. Cả mật độ năng lượng và mật độ công suất đều có khái niệm “số lượng photon” trong định nghĩa của chúng, do đó, mật độ năng lượng hoặc công suất càng cao thì nhiệt độ càng cao. Tuy nhiên, với cùng số lượng photon, nhiệt độ ở điều kiện nào tăng nhiều hơn, 10 photon đi vào da trong 1 giây hay 10 photon đi vào da trong 10 giây? Tất nhiên, trong trường hợp trước, nhiệt độ sẽ tăng cao hơn. Đối với cả cái trước và cái sau, mật độ năng lượng là 10 J/cm2. Tuy nhiên, mật độ công suất là 10 W/cm2 đối với loại trước và 1 W/cm2 đối với loại sau. Nói cách khác, mật độ công suất quan trọng đối với chúng tôi hơn là mật độ năng lượng.

Các thông số khác sử dụng trong laser được trình bày trong bảng 1.4. Ngoài ra, chuyển đổi đơn vị của một giây nên được hiểu (Bảng 1.5). Ví dụ, trong hầu hết các văn bản laser, nó không được viết là 10-3 giây, mà là mili giây, hoặc đơn giản là chữ viết tắt “ms”. Bác sĩ laser mới làm quen có thể bị nhầm lẫn bởi các đơn vị thứ hai không quen thuộc. Điều tối thiểu bạn cần biết là đơn vị nào lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Ngoài ra, vì tất cả các đơn vị đều ngắn hơn 1 giây, bạn có thể nghĩ rằng không có sự khác biệt lớn giữa mỗi đơn vị, nhưng thực tế có sự khác biệt hơn 1000 lần.

Bảng: Các thông số của bức xạ quang học

Thông số	Đơn vị
Độ rộng xung	Giây, mili giây, micro giây, nano giây
Tần số	Hertz (Hz) = xung mỗi giây
Bước sóng	Nanomet (nm)
Kích thước điểm	Millimeter (mm)

Bảng: Chuyển đổi đơn vị giây

Đơn vị	Giây
mili giây (ms)	10-3 s
Micro giây (ps)	10-6 s í
Nano giây (ns)	10-9 s
Pico giây (ps)	10-12 s

Bốn hiện tượng xảy ra khi tia laser tiếp xúc với da. Đó là phản xạ, khúc xạ, truyền qua, tán xạ và hấp thụ (Hình 1.3). Để tăng khả năng hấp thụ, đó là mục tiêu của chúng ta, trước tiên chúng ta phải giảm phản xạ và khúc xạ và chúng ta phải hiểu hiện tượng tán xạ. Mặt khác, sự truyền qua chắc chắn xảy ra tùy thuộc vào bước sóng, trong đó các photon không được hấp thụ đi qua da và đến các mô sâu như mô mỡ dưới da. Đầu tiên, hãy xem xét sự tán xạ giữa bốn hiện tượng này.

Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của photon và electron giống nhau (cộng hưởng), dẫn đến sự chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng nhiệt. Ngược lại, hiện tượng tán xạ xảy ra khi tần số của photon và electron không khớp nhau.

Tôi thích so sánh sự hấp thụ và tán xạ với bi-a. Nếu bi cái đập chính xác vào bi khác, bi cái dừng lại và năng lượng của nó biến mất, trong khi bi kia hấp thụ toàn bộ năng lượng và bật ra. Điều này có thể được so sánh với sự hấp thụ. Mặt khác, nếu bi cái không đập chính xác vào bi kia, nó có thể bật ra ngẫu nhiên. Điều này có thể được so sánh với sự tán xạ. (Tất nhiên, đây là cố ý trong bi-a.) Sự tán xạ chủ yếu là do collagen ở lớp trung bì. Ở bước sóng dưới 300 nm, hầu hết ánh sáng được hấp thụ bởi các chromophores như protein biểu bì, DNA và axit urocanic trong lớp biểu bì và không xảy ra hiện tượng tán xạ. Ở bước sóng trên 1300 nm, hệ số hấp thụ của nước tăng lên và tia laser được hấp thụ trực tiếp vào lớp biểu bì và không xảy ra hiện tượng tán xạ. Do đó, bước sóng xảy ra tán xạ chủ yếu ở 300-1300 nm.

Khi mô tả tán xạ, nên xem xét kích thước điểm. Mối quan hệ giữa tán xạ và kích thước điểm rất khó giải thích một cách đơn giản, vì vậy chúng ta hãy đi đến kết luận. Kích thước điểm càng lớn thì độ sâu thâm nhập quang học (OPD) càng sâu. Nghĩa là, kích thước điểm và OPD tỷ lệ thuận với nhau.