Junio 2006
Titulo:
Principios físicos para el uso del Láser Odontológico
Physical principles for the use of the dentistry laser
Autor: C.D. Alfonso Reyes Ruiz
Alumno de la Maestría en Odontología Láser
Domicilio: 2da. Privada de Guadalupe Victoria Núm. 131 Col. Libertad C.P. 68090 Oaxaca de Juárez, Oax., México.
Teléfono: 01-951-5162314
Celular: 01-951-1173624
Resumen
El avance de la odontología en los últimos años ha cambiado la visión del odontólogo. Sin duda, uno de los grandes avances fue el desarrollo de la tecnología láser, posibilitando un cambio en los procedimientos, reduciendo tiempos en la realización de los mismos y de recuperación de los pacientes. Pero para entender esta tecnología debemos adentrarnos en la física óptica y principios físicos para poderlos aplicar de manera correcta a la practica diaria.
Abstract
The advance of the odontolgy in the last years has changed the vision of the destistry. Without a doubt, one of the great advances was the development of the laser technology, making possible a change in the procedures, reducing times in the accomplishment of the same one and recovery of the patients. But to understand this technology we must be entered in the optical physics and physical principles to be able to apply them of correct way to practice it daily.
Objetivo.
Comprender fundamentos y principios físicos por los que se rige la tecnología láser. Y para ello se debe entender conceptos de la estructura atómica, molecular, la ionización, radiación ionizante y entender como se produce la radiación láser. Con una breve semblanza histórica y diversidad de esquemas que muestran los diversos tipos y usos de láser.
Antecedentes.
La materia es cualquier cosa que ocupe espacio y que tenga masa. La unidad fundamental de la materia es el átomo. El átomo consta de dos partes: núcleo y electrones con carga (-), localizados en su orbita. Su núcleo esta compuesto por neutrones y protones; los protones con cara (+) y los neutrones sin carga alguna.
Figura 1. Estructura atómica.
El número de protones dentro del núcleo es igual al numero de electrones afuera y esto determina el peso atómico del átomo.
Los electrones viajan alrededor del núcleo en vías bien definida conocidas como orbitas o niveles. Un átomo contiene un máximo de 7 niveles, que están designadas por las letras: K, L, M, N, O, P y Q 1.
Figura 2. Orientación de las orbitas de los electrones (niveles) alrededor del núcleo.
Los átomos son capaces de combinarse unos con otros para formar moléculas.
La radiación es la emisión y propagación de energía a través del espacio o una sustancia en forma de onda o partículas.
La radiación electromagnética se define como la propagación de energía en forma de onda a través del espacio o materia. La energía que se propaga esta acompañada por campos eléctricos y magnéticos oscilatorios colocados en ángulo recto uno en el otro, de ahí el termino 1.
Figura 3. Campos eléctricos oscilatorio y magnético característico de las radiaciones electromagnéticas.
Estas radiaciones electromagnéticas pueden ser provocadas o naturales: ejemplos son los rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X, rayo láser, ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, ondas de radar, microondas y ondas de radio. Las cuales estan ordenadas de acuerdo a su energía en lo que se denomina espectro electromagnético, y según su nivel de energía se clasifican en ionizantes y no ionizantes.
Figura 4. Espectro electromagnético.
Siendo las ionizantes las dañinas ya que pueden hidrolizar el agua en radicales libres hidroxilo (OH°) e Hidrogeno (H°), provocando lesiones en el ADN por reacciones con la timina en los ADN nuclear y mitocondrial que producen fragmentaciones monocatenarias en el ADN. Esta lesión del ADN ha sido implicada en el envejecimiento celular y en la transformación maligna de las células 2. El láser no se encuentra en las radiaciones ionizantes por lo que no puede provocar transformación maligna de la células a acepción de los láser excimer.
Las radiaciones electromagnéticas se mueven a través del espacio como partículas y onda; por lo que es necesario entender dos conceptos partícula y onda 1.
Partícula: son haces de energía llamados fotones o quantum siendo la unidad básica de la luz estos haces de energía sin masa, ni peso que viajan a velocidad de la luz y se mueven en línea recta.
Onda: se enfoca a las propiedades de velocidad, longitud de onda y frecuencia. Siendo la velocidad de 3 X 108 metros por segundo; la longitud de onda: como la distancia entre la cresta de una onda y la cresta de la siguiente; determina la energía y poder de penetración de la radiación, mientras más corta sea la distancia entre las cresta menor es la longitud de onda y mayor la energía y capacidad para penetrar la materia. La longitud de onda se mide en nanómetros (1 X 10-9 metros o una billonésima de un metro) y la frecuencia se refiere al número de longitudes de onda 
que pasan en un punto determinado en cierta cantidad de tiempo.
Figura 5. Longitud de onda es la distancia entre cresta y cresta de una onda.
Figura 6. La frecuencia es el número de longitudes de onda que pasan en un determinado punto, en un cierto tiempo.
El nombre "LÁSER" es un acrónimo; es decir esta formada por las iniciales de la frase "light amplification by stimulated emission of radiation; que al realizar la traducción a nuestra lengua se le conoce como: amplificación de luz por emisión estimulada de radiación.
Una vez ya definidos anteriores conceptos, pasaremos a entender que procesos ocurren para que se emita el láser.
De inicio debemos saber que es el proceso de absorción; este proceso es el resultado de que el átomo absorbe al fotón y usa su energía para pasar a su estado excitado, esta energía no pasará destruida pero bastante puede ser usada para incrementar el nivel de energía del átomo o molécula. Esta idea es central para comprender las interacciones de tejido láser 3.
El siguiente proceso a comprender es el de emisión espontánea que hace referencia a un átomo ya excitado inicialmente, que en forma espontánea pasa a su estado base emitiendo en el proceso un fotón con energía igual a la diferencia de energía entre los estados. El fotón sale con dirección aleatoria 3.
Por ultimo debemos entender el proceso de emisión estimulada, en donde tenemos la interacción entre un fotón y un átomo que inicialmente se encuentra excitado; el átomo pasa a su estado base emitiendo en el proceso un fotón que tiene las mismas características de dirección y fase que el fotón inicial 3.
Figura 7. Un átomo absorbe un fotón de energía y es impulsado a un estado de excitación.
Figura 8. La emisión estimulada ocurre cuando los átomos excitados son estimulados a liberar energía.
Y es así el porque las propiedades de la luz láser son:
1.- Monocromaticidad: en donde la luz láser consiste en una luz de una sola frecuencia o longitud de onda, dándonos un solo color (unicolor) 4,5.
2.- Direccionalidad (colimada): que viaja en una sola dirección, ya que todas las ondas emitidas están casi paralelas y por lo tanto no hay divergencia del rayo de luz 6, 7, 8.
3.- Coherencia: esto significa que todas las ondas que conforman el haz láser, están en cierta fase relacionadas una con otra, tanto en tiempo como en espacio. Esto se debe a que cada fotón está en fase con el fotón entrante 9.
4.- Dando todo ello que la luz emitida por un láser presente una brillantez 10.
Los anteriores procesos que ocurren para que se emita el láser ocurren dentro de su estructura que es:
Figura 9. Esquema de la estructura del rayo láser.
Medio activo: que es una población homogénea de átomos o moléculas que son bombeadas hacia el estado excitado y son estimuladas para producir la luz láser pudiendo ser: gas, líquido o sólido.
Sistema de bombeo: dispositivo que proporciona energía para que los átomos de la cavidad amplificadora pasen de su estado base a un estado excitado, pudiendo ser óptico o eléctrico.
Cavidad resonante: es un par de espejos paralelos; uno con 100% reflejante y uno de 90% reflejante 11,12, 13.
Recapitulando en una breve historia tenemos que el proceso de emisión estimulada por el que se basa el láser, fue descrita por primera vez por Albert Einstein en 1917. En 1958, Arthur Schawlow y Charles Hard Tornes describieron los principios del funcionamiento del láser. En 1960 Theodore Maiman construyó el primer láser a base un cristal de rubí, un amo más tarde Iran Alí Javan construyó un láser de helio neón. En 1966, Meter Sorokin construyó un láser de líquido. En 1970, Basov desarrolla los láser Excimer (dímeros excitados). En 1977, Deacon y colaboradores construyen el primer láser de electrones libres. 1995, aparecen los primeros láser de Ho: YAG. 1998, se inicia la comercialización de los Er: YAG.
Podemos decir que la anterior reseña resume la historia del láser; observando que los 46 años que han transcurrido desde el primer láser han sido impresionantes y que seguirán siéndolo a futuro 10.
Conclusión.
Como se ha descrito en los 46 años desde la aparición del primer láser el interés esta en relación directa con la importancia, su aplicación ha cobrado una gran diversidad de actividades de nuestra vida.
El láser tiene múltiples aplicaciones, se utiliza en la industria militar, telecomunicaciones, en área de la medicina, en procesos químicos e industriales, por lo que cada vez será usual e indispensable para la realización de estas actividades entra otras.
Bibliografía.
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