ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ Θερμοκρασιακές αλλαγές στον υποκείμενο οστίτη ιστό κατά την διαδικασία της χαλινεκτομής και εκβάθυνσης της ουλοπαρειακής αύλακος με διοδικό (diode 980 nm) Laser. Πειραματική μελέτη. ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΥ ΜΑΝΟΥ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΥ Διδακτορική Διατριβή Θεσσαλονίκη 2010

2 ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΝΤΟΦΑΤΝΕΙΑΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ Διευθυντής: Αν. Καθηγητής Αναστάσιος Τσίρλης Θερμοκρασιακές αλλαγές στον υποκείμενο οστίτη ιστό κατά την διαδικασία της χαλινεκτομής και εκβάθυνσης της ουλοπαρειακής αύλακος με διοδικό (diode 980 nm) Laser. Πειραματική μελέτη. ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΥ ΜΑΝΟΥ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΥ Διδακτορική Διατριβή Θεσσαλονίκη 2010 «Η έγκριση της Διδακτορικής Διατριβής από το Τμήμα της Οδοντιατρικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει την αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα». 2

3 Τριμελής επιτροπή Επιβλέπων: Παρίσης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής, ΑΠΘ. Μέλη: Τσίρλης Αναστάσιος, Αναπληρωτής Καθηγητής, ΑΠΘ. Τσουκαλάς Δημήτριος, Λέκτορας, ΑΠΘ. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κεφάλαιο 1., Εισαγωγή σελ. 6 Κεφάλαιο 2. Γενικό μέρος σελ , Τι είναι το Laser. σελ , Πως παράγεται η ακτίνα Laser. σελ , Διάταξη της συσκευής παραγωγής της ακτίνας Laser. σελ , Τα διοδικά Laser. σελ , Τα χαρακτηριστικά των ακτίνων Laser. σελ , Το φάσμα εκπομπής των ακτίνων Laser. σελ , Χαρακτηρισμός των Laser. σελ , Βιοανάδραση. σελ , Μονάδες μέτρησης. σελ , Ηλεκτροτόμος. σελ. 24 Κεφάλαιο 3., Ειδικό μέρος σελ , Σκοπός της έρευνας. σελ , Υλικό και μέθοδος. σελ. 26 Κεφάλαιο 4., Αποτελέσματα σελ , Στατιστική ανάλυση. σελ , Αποτελέσματα με στατιστικούς πίνακες. σελ , Σχέση της μέγιστης θερμοκρασίας μεταξύ διοδικών Laser Συνεχούς, Διακεκομμένου και ηλεκτροτόμου. σελ , Σχέση του χρόνου ακτινοβόλησης για το διοδικό Laser και τον Ηλεκτροτόμο σε κάθε σημείο μέτρησης. σελ , Σχέση του χρόνου παραμονής πάνω από τους 47ºC στα τρία σημεία μέτρησης μεταξύ των διοδικών Laser (3,4,5 Watt) συνεχούς, διακεκομμένου κύματος και ηλεκτροτόμου. σελ , Σχέση των μέσων χρόνων επαναφοράς της θερμοκρασίας στους 37ºC (±0,2 ) μεταξύ του διοδικού Συνεχούς-Διακεκομμένου κύματος και ηλεκτροτόμου. σελ , Ποσοστό των περιπτώσεων στις οποίες η θερμοκρασία παρέμεινε υψηλότερη των 47ºC για περισσότερο από ένα λεπτό το οποίο και είναι το όριο για θερμικό τραύμα στο οστό. σελ , Η σχέση ισχύος και μέσης ενέργειας στον μέσο χρόνο ακτινοβόλησης. σελ. 61 4

5 4.2.7., Η σχέση της μέσης θερμοκρασίας με την μέση ενέργεια της ισχύος της ακτινοβολίας. σελ , Ο χρόνος ακτινοβόλησης σε σχέση με την ισχύ της ακτινοβολίας και την μέση μέγιστη θερμοκρασία. σελ. 63 Κεφάλαιο 5., Συζήτηση σελ. 65 Κεφάλαιο 6., Συμπεράσματα σελ. 83 Κεφάλαιο 7., Περίληψη Abstract σελ. 84 Βιβλιογραφία σελ. 85 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή Από το 1948 ο φυσικός, Harry H. Pennes, έκανε μετρήσεις της εγκάρσιας θερμοκρασιακής κατανομής στον πήχυ του χεριού με την χρήση θερμοστοιχείων (θερμοζευγών). Κατά την έρευνά του βρήκε ότι ο ρυθμός μεταφοράς της θερμότητας μεταξύ του αίματος και του ιστού είναι ανάλογος του γινομένου του ρυθμού ογκομετρικής διάχυσης επί την διαφορά της θερμοκρασίας του αρτηριακού αίματος και του τοπικού ιστού. Αυτό το οποίο εξέφρασε με μία περίπλοκη μαθηματική διαφορική εξίσωση αγωγής-διάχυσης της θερμότητας γνωστή ως Βιοθερμική εξίσωση ή στην διεθνή ορολογία Pennes Equation. Η εξίσωση αυτή έγινε η βασική εξίσωση με την οποία μπορεί να υπολογισθεί η αύξηση της θερμοκρασίας στους βιολογικούς ιστούς και χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα για την μέτρηση των θερμικών επιδράσεων που έχει η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία των κινητών τηλεφώνων στον ανθρώπινο εγκέφαλο. (Wang J., Fujiwara O., 1999/ Bernadi P., et al., 2000/ Akimasa H., Mashasi M., Toshiyuki Sh., 2003) Όπως είναι φανερό οι μελέτες αυτές δεν έγιναν με βάση τα αποτελέσματα που έχουν οι ακτίνες Laser στους βιολογικούς ιστούς αλλά σε ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που ονομάζεται μικροκύματα (microwaves). Παρ όλο που δεν είναι ακτίνες Laser, η απορρόφησή τους από τους βιολογικούς ιστούς δίνει παρόμοια αποτελέσματα θερμικών αλλαγών σε αυτούς (αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών) ανάλογα με το χρόνο εφαρμογής της ακτινοβολίας στους ιστούς. Παρ όλο που η χρήση των Laser στα ιατρικά εργαστήρια για πειραματικούς σκοπούς ξεκινά σχεδόν από την αρχή της δημιουργίας του πρώτου LASER (δεκαετία του 60) με την εφαρμογή αυτού για την παρασκευή της αδαμαντίνης και της οδοντίνης με απογοητευτικά αποτελέσματα (όπως π.χ., υπερθέρμανση της οδοντικής επιφάνειας και ανθρακοποίηση αυτής με παράλληλο σχηματισμό κρατήρων και ρωγμών), καμμιά περαιτέρω έρευνα δεν πραγματοποιήθηκε για να διευκρινίσει τις αιτίες αυτής της υπερθέρμανσης και ανθρακοποίησης των ιστών. (Niemz Markolf H. 2004/2007) Έτσι χωρίς να γνωρίζουμε σχεδόν τίποτα για τον τρόπο της απορρόφησης αυτών των ακτίνων στους ιστούς αλλά και την αντίδραση των ιστών (δηλ. την βιοανάδραση) στην ακτινοβολία των ακτίνων Laser έγινε στην αρχή αποδεκτό ότι αυτές οι ακτίνες δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην οδοντιατρική. Σήμερα έχοντας βελτιώσει τις γνώσεις μας για τον τρόπο απορρόφησης και διάχυσης της ακτινοβολίας Laser, καθώς και την αντίδραση των ιστών στην ανάπτυξη της 6

7 θερμοκρασίας (βιοανάδραση), θα προσπαθήσουμε να μελετήσουμε τις επιπτώσεις από την ανάπτυξη της θερμοκρασίας στον υποκείμενο οστίτη ιστό από την χρήση της ακτινοβολίας Laser στην εκτομή μαλακών ιστών της στοματικής κοιλότητας. Το είδος της επέμβασης που επιλέξαμε για την εκτέλεση του πειράματος είναι μία κλασσική επέμβαση της κλινικής οδοντιατρικής πράξης, η χαλινεκτομή, η οποία πολλές φορές συνδυάζεται με την εκβάθυνση της ουλοπαρειακής αύλακος. Η συνήθης τεχνική για την διεκπεραίωση αυτής της επέμβασης είναι η αποκοπή με χειρουργικό μαχαιρίδιο των μυϊκών ινών μέχρι το επιθυμητό βάθος και η συρραφή των άκρων της τομής με τέτοιο τρόπο που να εξασφαλίζεται αιμόσταση και επούλωση στο επιθυμητό σημείο. Συχνά εξαιτίας της πλημμελούς συρραφής του τραύματος, λόγω αιμορραγίας ή της πρόωρης απόπτωσης των ραμμάτων από υπερβολική κινητικότητα των χειλέων του ασθενή, έχουμε επούλωση του τραύματος σε μη επιθυμητό σημείο, επαναδημιουργία του χαλινού και δημιουργία ανάγκης για δεύτερη επέμβαση. Οι ειδικοί στην προσπάθειά τους να αποφύγουν όλα τα παραπάνω πιθανά συμβάματα, αντί του μαχαιριδίου χρησιμοποίησαν για την εκτομή των μαλακών ιστών αρχικά τον ηλεκτροτόμο και στην συνέχεια τις συσκευές ακτινοβολίας Laser. (Christensen 2008, Coluzzi-Convissar 2007, Gutknecht 1999, Moritz 2006). Μακροσκοπικά το ιατρογενές τραύμα που εγκαταλείπουν οι δύο αυτές χειρουργικές μέθοδοι φαίνεται να είναι το ίδιο. Μια προσεκτικότερη όμως επισκόπηση αποκαλύπτει διαφορές, οι οποίες συνίστανται στα διαφορετικά μεγέθη όγκου των θερμικών αλλοιώσεων από την επιφάνεια της τομής προς τα βαθύτερα στρώματα των ιστών. Οι θερμικές αλλοιώσεις οφείλονται στην παραγόμενη θερμική ενέργεια, και στην διάχυσή της στους ιστούς, η οποία είναι ανάλογη με την θερμική αγωγιμότητα των ιστών. Γνωρίζοντας ότι σε πολύ μικρή απόσταση από την περιοχή της χαλινεκτομής βρίσκεται το οστό της γνάθου μπορούμε να υποθέσουμε ότι η διάχυση της θερμότητας μπορεί να προκαλέσει θερμικό οστικό τραύμα στην περιοχή. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο έλεγχος των θερμοκρασιών που αναπτύσσονται στο οστό της κάτω γνάθου, κατά την επέμβαση της χαλινεκτομής με την χρήση διοδικού (diode 980 nm) Laser. Από την θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Αναπληρωτή Καθηγητή της Οδοντοφατνιακής Χειρουργικής, Χειρουργικής Εμφυτευματολογίας και Ακτινολογίας Στόματος της Οδοντιατρικής Σχολής του Α.Π.Θ, κύριο Παρίση Νικόλαο για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε αλλά και την ώθηση που μου έδωσε να ασχοληθώ με την έρευνα στο νεωτεριστικό τομέα των χειρουργικών Laser αλλά και για την βοήθεια που μου προσέφερε με την επιστημονική του εμπειρία, καθοδήγηση και τις συνεχείς παραινέσεις του στην ολοκλήρωση αυτής της διατριβής. Θα ήθελα ακόμη να ευχαριστήσω τα μέλη της τριμελούς επιτροπής κυρίους Τσίρλη Αναστάσιο αναπληρωτή καθηγητή και Τσουκαλά Δημήτριο λέκτορα για την συμμετοχή και την συνδρομή τους στις τελικές διορθώσεις της διατριβής. 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Γενικό μέρος Τι είναι το Laser: Η λέξη Laser είναι ακρωνύμιο που δημιουργείται από τα αρχικά των λέξεων «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» έκφραση η οποία στα ελληνικά μεταφράζεται ως «Ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας». Η πρώτη κατασκευή ενός Laser ρουβιδίου (Ruby Laser) έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 1960 από τον Theodor Maiman ο οποίος βασίστηκε σε θεωρητικές μελέτες πάνω στην φύση του φωτός από τους Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Arthur Schawlow και Charles Townes Πως παράγεται μία ακτίνα Laser: Η παραγωγή μιας ακτίνας Laser βασίζεται στις αρχές τις κβαντομηχανικής. H δημιουργία μίας ακτίνας Laser είναι παρόμοια με την δημιουργία του λευκού φωτός από έναν λαμπτήρα φθορισμού. (Gutknecht 1999, Silfvast 2004, Moritz 2006) Κατά την ενεργοποίηση του λαμπτήρα φθορισμού ένα ηλεκτρόνιο από την παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος συναντά ένα ηλεκτρόνιο που περιφέρεται γύρω από έναν πυρήνα ατόμου αερίου που περιέχεται μέσα στον λαμπτήρα φθορισμού. Το αρχικό ηλεκτρόνιο προσκρούει και αποδίδει την κινητική του ενέργεια στο ηλεκτρόνιο του ατόμου του αερίου με αποτέλεσμα το ηλεκτρόνιο του ατόμου του αερίου να μεταπηδήσει σε μια τροχιά υψηλότερης ενεργειακής στάθμης. Το ηλεκτρόνιο του ατόμου του αερίου έχοντας περίσσια ενέργειας γίνεται ασταθές και μεταπίπτει στην αρχική του ενεργειακή στοιβάδα αποβάλλοντας την περίσσια της ενέργειας ως φωτόνια διαφορετικού μήκος κύματος και φάσης στον χώρο και στον χρόνο. (σχ. 1) 8

9 (3) (5) (1) (2) A.M (4) (Σχ. 1) Μοντέλο παραγωγής φωτός από λαμπτήρα φθορισμού Στο σχήμα 1 φαίνεται το ηλεκτρόνιο από την παροχή ενέργειας (1) να συγκρούεται με το ηλεκτρόνιο του ατόμου του αερίου (2), στο οποίο και αποδίδει την κινητική του ενέργεια και έτσι το ηλεκτρόνιο του ατόμου μεταπίπτει σε ανώτερη ενεργειακή στοιβάδα όπου και γίνεται ασταθές (3). Στην συνέχεια το ηλεκτρόνιο μεταπίπτει στην αρχική στοιβάδα (4) όπου κατά την μετάπτωση αποδίδει την περίσσια της ενέργειας ως φωτόνια (5). Όταν αυτή η διέγερση και αποδιέγερση επαναλαμβάνεται χωρίς κανένα συντονισμό έχουμε την αυτόματη παραγωγή (spontaneous emission) φωτονίων τα οποία δεν έχουν το ίδιο μήκος κύματος αλλά ούτε βρίσκονται στην ίδια φάση στο χώρο και στον χρόνο. Έχουμε δηλαδή την παραγωγή του λευκού φωτός από τον λαμπτήρα φθορισμού. Έχοντας υπ όψιν την προηγούμενη περιγραφή της διέγερσης του ηλεκτρονίου του συγκεκριμένου ατόμου, και πριν αυτό προλάβει να επιστρέψει στη αρχική ενεργειακή στοιβάδα, συγκρουσθεί με ένα καινούριο ηλεκτρόνιο, τότε προσλαμβάνει ακόμα περισσότερη ενέργεια, ανεβαίνει μία επιπλέον ενεργειακή στοιβάδα και γίνεται ακόμα πιο ασταθές. Έτσι δημιουργείται η λεγόμενη αναστροφή του πληθυσμού των ηλεκτρονίων (population inversion), μία από τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την παραγωγή των ακτίνων Laser. Όντας σε ασταθή κατάσταση το ηλεκτρόνιο μεταπίπτει σχεδόν αμέσως στην αρχική του ενεργειακή στοιβάδα αποβάλλοντας την περίσσια της ενέργειας σαν δύο ή και περισσότερα φωτόνια που έχουν το ίδιο μήκος κύματος και την ίδια φάση στον χώρο και στον χρόνο. Έχουμε δηλαδή την δεύτερη απαραίτητη προϋπόθεση για την παραγωγή της ακτίνας Laser, την εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας (stimulated emission of radiation). (Σχ. 2) 9

10 (3) (5) (2) (1) (4) A.M (Σχ. 2) Μοντέλο της παραγωγής της αναστροφής πληθυσμού των ηλεκτρονίων και εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας. Στο σχήμα 2 φαίνεται το ηλεκτρόνιο του ατόμου πριν προλάβει να αποδιεγερθεί από την αρχική διέγερση (1) να επαναδιεγείρεται από την σύγκρουσή του με ένα νέο ηλεκτρόνιο (2) και να μεταπίπτει σε μια ακόμα μεγαλύτερη ενεργειακή στοιβάδα (3) όπου και γίνεται πολύ ασταθές. Άμεσα μεταπίπτει στην αρχική ενεργειακή στοιβάδα (4) όπου και σταθεροποιείται ενεργειακά έχοντας αποβάλει κατά την μετάπτωσή του την περίσσια της ενέργειας ως φωτόνια που έχουν το ίδιο μήκος κύματος, κινούνται παράλληλα μεταξύ τους και έχουν την ίδια φάση στον χώρο και στον χρόνο. Έχουμε δηλαδή εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας. Όταν η εξαναγκασμένη εκπομπή φωτονίων λάβει την μορφή αλυσιδωτής αντίδρασης κατά την οποία τα παραγόμενα φωτόνια διεγείρουν τα γειτονικά άτομα ώστε να παράγουν και αυτά ιδίου τύπου φωτόνια με τα αρχικά, έχουμε την παραγωγή της ακτίνας Laser. 10

11 2. 3. Διάταξη της συσκευής παραγωγής της ακτίνας Laser: Για την δημιουργία της ακτίνας Laser πέρα από τις δύο βασικές προϋποθέσεις (αναστροφή του πληθυσμού των ηλεκτρονίων και την εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας) είναι απαραίτητη και η κατασκευή της πηγής της ακτίνας Laser. (Gutknecht 1999, Moritz 2006) Σε γενικές γραμμές η πηγή της ακτίνας Laser αποτελείται από μία διάταξη που ονομάζεται οπτικό ηχείο. (Σχ. 3) ΕΝΕΡΓΟ ΜΕΣΟ ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΟΧΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ A.M ΟΠΤΙΚΟ ΗΧΕΙΟ ΚΑΤΟΠΤΡΑ, ΤΟ ΕΝΑ ΗΜΙΔΙΑΠΕΡΑΤΟ (Σχ. 3) Μοντέλο της πηγής της ακτίνας Laser Όπως είναι φανερό και από το σχήμα 3, το οπτικό ηχείο που είναι απαραίτητο για την παραγωγή της ακτίνας Laser αποτελείται: 1) Από το υλικό που παράγει την ακτίνα Laser το οποίο ονομάζεται Ενεργό Μέσον και μπορεί να είναι στερεό (π.χ. κρύσταλλος Nd:YAG), υγρό (π.χ. Dye liquid), ή μίγμα αερίων (π.χ. ArF, He-Ne). 2) Από τις μονάδες παροχής ενέργειας προς το ενεργό μέσον που μπορεί να είναι είτε λαμπτήρες φθορισμού (flash lamps), είτε ηλεκτρόδια παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, είτε άλλου τύπου Laser (π.χ. διοδικά). 3) Από δύο κάτοπτρα παράλληλα μεταξύ τους που περικλείουν την διάταξη και το ένα είναι ημιδιαπερατό επιτρέποντας έτσι στην παραγόμενη ακτίνα Laser να το διασχίσει και να εξέλθει του οπτικού ηχείου. 11

12 Με την εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος (1) στις μονάδες παροχής ενέργειας, ξεκινά η διέγερση του ενεργού μέσου (2). (Σχ. 4) A.M ΡΟΗ ΨΥΚΤΙΚΟΥ ΥΓΡΟΥ (Σχ. 4) Μοντέλο διαμόρφωσης συσκευής παραγωγής Laser Με την διέγερση του ενεργού μέσου παράγονται φωτόνια που διατρέχουν την διάταξη προς όλες τις κατευθύνσεις δημιουργώντας ενεργειακές απώλειες εκφραζόμενες ως αύξηση της θερμοκρασίας στην διάταξη. Η υπερθέρμανση της διάταξης αντιμετωπίζεται με την εφαρμογή ψύξης μέσω της ροής ψυκτικού υγρού ή ρεύματος αέρα γύρω από την συσκευή (3). Μόνο τα φωτόνια που κινούνται παράλληλα με τον επιμήκη άξονα του ενεργού μέσου είναι αυτά που διαπερνούν το ημιδιαπερατό κάτοπτρο (4) και μας δίνουν την ακτίνα Laser (5). (Σχ. 4) 12

13 Τα διοδικά Laser: Μία ειδική διαμόρφωση διάταξης για την παραγωγή ακτίνων Laser, είναι και τα λεγόμενα διοδικά Laser, όπως και αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην μελέτη. (Silfvast 2004, Ζευγωλής 2007) Ως δίοδος χαρακτηρίζεται ένας ημιαγωγός. Ο ημιαγωγός είναι ένας συνδυασμός κρυσταλλικών-κεραμικών υλικών τα οποία υπό ορισμένες συνθήκες είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού και υπό άλλες συνθήκες κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Συνδυάζοντας με συγκεκριμένο τρόπο διάφορα μεταλλικά στοιχεία παρήχθησαν ημιαγωγοί οι οποίοι κατά την έκθεσή τους σε ηλεκτρικό ρεύμα μπορούν να παράγουν ακτίνες Laser. (Σχ. 5) Μεταλλική επαφή Ημιαγωγός (diode) Ροή ηλεκτρικού ρεύματος P: plate AlGaAs GaAS A.M Έξοδος της ακτίνας LASER N: plate AlGaAs GaAS υπόστρωμα Μεταλλική επαφή Ροή ηλεκτρικού ρεύματος (Σχ. 5) Η διάταξη ενός διοδικού Laser Ένα διοδικό (diode) Laser αποτελείται από διάφορα μεταλλικά στοιχεία συνδυασμένα έτσι ώστε υπό κανονικές συνθήκες να μην είναι δυνατή η ανταλλαγή ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ τους. Μπορούμε να παρατηρήσουμε δύο βασικά μέρη στην διάταξη των διοδικών Laser: Ένα τμήμα που ονομάζεται P-plate και περιέχει τις θετικά φορτισμένες οπές και ένα δεύτερο τμήμα που ονομάζεται N-plate και περιέχει τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Τα δύο αυτά μέρη χωρίζονται από μία μονωτική ζώνη που ονομάζεται Depletion Zone. Η ζώνη αυτή απαγορεύει σε φυσιολογικές συνθήκες να έρθουν σε επαφή τα ηλεκτρόνια με τις οπές. (Σχ. 6) 13

14 Depletion zone P-plate N-plate A.M Οπές Ημιαγωγός (DIODE) Ηλεκτρόνια Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος και διακόπτης (+) A.M (-) (Σχ. 6) Διάταξη ανενεργού ημιαγωγού παραγωγής ακτίνας Laser Με την εφαρμογή κατάλληλης ισχύος ηλεκτρικού ρεύματος στον ημιαγωγό ελαττώνεται το ενεργειακό μέγεθος της μονωτικής ζώνης (depletion zone) και έτσι γίνεται δυνατή η εναλλαγή και αλληλεξουδετέρωση των ηλεκτρονίων με τις οπές και η παραγωγή ενέργειας ως φωτόνια που έχουν το ίδιο μήκος κύματος, κινούνται παράλληλα μεταξύ τους και έχουν την ίδια φάση στον χώρο και στον χρόνο. Δηλαδή έχουμε την παραγωγή ακτίνας Laser. (Σχ. 7) Ακτίνα LASER P-plate (+) A.M N-plate (-) A.M Οπές Depletion zone Ημιαγωγός (DIODE) Ηλεκτρόνια Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος και διακόπτης A.M (Σχ. 7) Μοντέλο παραγωγής ακτίνας Laser από ημιαγωγό 14

15 2.4. Τα χαρακτηριστικά των ακτίνων Laser: Οι ακτίνες Laser έχουν κάποια χαρακτηριστικά που δεν έχουν οι ακτίνες του φυσικού φωτός. 1) Δεν υπάρχουν στην φύση αλλά παράγονται μόνο στο εργαστήριο ή στις συσκευές Laser που έχουμε στο ιατρείο μας. 2) Είναι σχεδόν μονοχρωματικές, δηλαδή έχουν ένα και μοναδικό μήκος κύματος με πάρα πολύ μικρό εύρος διαφοροποίησης προσεγγίζοντας στην πράξη ένα και μοναδικό μήκος κύματος. 3) Τα φωτόνια κινούνται σχεδόν παράλληλα αποκλίνοντας με πάρα πολύ μικρές και πρακτικά μη υπολογίσιμες γωνίες μεταξύ τους έτσι ώστε να υπάρχει η δυνατότητα πολύ μεγάλης εστίασης και εκμετάλλευσης σχεδόν της πλήρους ισχύος της ακτίνας. 4) Τα φωτόνια είναι ομοιοφασικά, δηλαδή βρίσκονται στην ίδια φάση στον χρόνο και στον χώρο. Αυτό σημαίνει ότι τα φωτόνια βρίσκονται την ίδια χρονική στιγμή στο ίδιο σημείο του χώρου και άρα κινούνται και με την ίδια ταχύτητα Το φάσμα εκπομπής των ακτίνων Laser: Τα Laser είναι μονοχρωματική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Δηλαδή ανάλογα με το ενεργό μέσον το οποίο παράγει την ακτινοβολία μπορούμε να λάβουμε ακτίνες Laser σε όλο το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, από το βαθύ υπεριώδες (Laser ακτίνων Χ και Γ) έως και το βαθύ υπέρυθρο (λ> nm). (Σχ. 8) { EXC ARGON KTP DYE DIODE ΥΠΕΡΙΩΔΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ EXCIMER nm ARGON nm KTP 532 nm DYE nm RUBY 694 nm ALEXANDITE 755 nm DIODE nm Nd : YAG 1064 nm Er : YAG 2940 nm CO nm ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ A.M A.M A.M ΟΡΑΤΟ ΦΑΣΜΑ (Σχ. 8) Το φάσμα εκπομπής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με τα μήκη κύματος των πιο συχνά χρησιμοποιούμενων Laser στην ιατρική 15

16 2.6. Χαρακτηρισμός των Laser: Τα Laser χαρακτηρίζονται με δύο κυρίως τρόπους: 1) Με βάση το ενεργό μέσον το οποίο παράγει την ακτίνα καθώς και με το μήκος κύματος (λ) το οποίο χαρακτηρίζει την ίδια την ακτίνα. Επειδή είναι δυνατόν από ένα ενεργό μέσον να έχουμε δύο ακτίνες διαφορετικού μήκους κύματος θα πρέπει να αναφερόμαστε στα Laser όχι μόνο με το όνομα του ενεργού μέσου (πχ. Διοδικό Laser) αλλά ταυτόχρονα να αναφέρουμε και το μήκος κύματος που αυτό εκπέμπει. (πχ. διοδικό Laser 810 nm ή διοδικό Laser 980 nm). 2) Με βάση τον τρόπο εκπομπής της ακτίνας που πρέπει να είναι συμπληρωματικός στον προηγούμενο τρόπο αναφοράς. Έτσι μία ακτίνα μπορεί να εκπέμπεται, με συνεχές κύμα (1), με διακεκομμένο κύμα (2) και με παλμικό κύμα (3). (Σχ. 9) ΙΣΧΥΣ ΣΥΝΕΧΕΣ ΙΣΧΥΣ ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟ ON OFF A.M A.M A.M ΧΡΟΝΟΣ A.M ΧΡΟΝΟΣ ΠΑΛΜΙΚΟ ΙΣΧΥΣ A.M A.M ΧΡΟΝΟΣ (Σχ. 9) Συνεχές, διακεκομμένο και παλμικό κύμα εκφρασμένο σε συνάρτηση με τον χρόνο Στο σχήμα 9 φαίνεται ότι κατά την εκπομπή συνεχούς κύματος (1) η ενέργεια εκπέμπεται σταθερά όσο διατηρείται η διέγερση του ενεργού μέσου ενώ κατά την διακεκομμένη εκπομπή κύματος (2) ένα μηχανικό κλείστρο διακόπτει την εκπομπή της ακτίνας μετά την παραγωγή αυτής στο ενεργό μέσον. Κατά την παλμική εκπομπή του κύματος (3), ο παλμός δημιουργείται μέσα στην πηγή συμπιέζοντας την ενέργεια σε πολύ μικρό χρόνο διέγερσης (από μsecond έως και picosecond ή και femtosecond). Έτσι χρησιμοποιώντας μικρή ενέργεια μπορούμε να επιτύχουμε πολύ μεγάλη ισχύ στην παραγόμενη ακτίνα Laser και να εκμεταλευθούμε τα πολύ καλά κοπτικά χαρακτηριστικά αυτής με το μικρότερο δυνατό θερμικό τραύμα στους ακτινοβολούμενους ιστούς. 16

17 Όταν λοιπόν αναφερόμαστε στα Laser θα πρέπει να αναφέρουμε όχι μόνο το ενεργό μέσο που το χαρακτηρίζει αλλά και το μήκος κύματος που αυτό εκπέμπει μαζί με το τύπο της εκπομπής αυτού. π.χ. 1) Διοδικό Laser μήκους κύματος 980 nm συνεχούς εκπομπής κύματος, diode 980 nm CW (CW = continuous wave = συνεχούς κύματος). 2) Διοδικό Laser μήκους κύματος 810 nm διακεκομμένης εκπομπής κύματος, diode 810 nm Chopped (Chopped = Διακεκομμένου κύματος). 3) Laser Νεοδυμίου μήκους κύματος 1064 nm παλμικής εκπομπής κύματος, Nd:YAG 1064 nm Pulsed (Pulsed = παλμικού κύματος). 4) Διπλασιασμένης συχνότητας Laser Νεοδυμίου μήκους κύματος 532 nm συνεχούς εκπομπής κύματος, 2ΩNd:YAG 532 nm CW (CW = continuous wave = συνεχούς κύματος). 17

18 2.7. Βιοανάδραση: Με την λέξη βιοανάδραση εννοούμε την αντίδραση των διαφόρων ιστών στην ακτινοβολία των Laser. Όταν μία ακτίνα Laser συναντήσει έναν ιστό τότε τέσσερεις διαφορετικές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν. (Σχ. 10) 1) Να απορροφηθεί η ακτίνα στην επιφάνεια του ιστού. 2) Να διαχυθεί και να απορροφηθεί η ακτίνα στα βαθύτερα στρώματα του ιστού. 3) Να αντανακλασθεί προς μία ή περισσότερες κατευθύνσεις στο περιβάλλον. 4) Να διαπεράσει τελείως τον ιστό ή τους ιστούς. Αυτές οι διεργασίες μπορούν να συμβαίνουν η κάθε μία ξεχωριστά ή και όλες μαζί, ανάλογα με το ποσοστό απορρόφησης της ακτίνας στον ιστό που ακτινοβολείται. (3) (1) A.M (2) (2) (2) (2) A.M (Σχ. 10) Οι τέσσερεις τύποι βιοανάδρασης A.M (4) Κατά την χειρουργική με τα Laser, ο πρώτος τύπος βιοανάδρασης δηλαδή η απορρόφηση στην επιφάνεια του ιστού είναι και ο πιο βασικός. Με την απορρόφηση της ακτίνας Laser στην επιφάνεια του ιστού μας δίνεται η δυνατότητα να αποκόπτουμε διαστρωματικά τον ιστό στόχο χωρίς να επηρεάζουμε τα βαθύτερα στρώματά του, και έτσι να ελέγχουμε καλύτερα το βάθος της επέμβασης αλλά και την επούλωση του τραύματος. Η αποκοπή των ιστών με ακτίνες Laser γίνεται με την απορρόφηση των φωτονίων στους ιστούς όπου και αποδίδουν την υψηλή τους κινητική ενέργεια ως θερμότητα. Η απότομη αύξηση της θερμότητας στο επιφανειακό στρώμα των ιστών δημιουργεί τις 18

19 ακόλουθες αντιδράσεις στους ακτινοβολούμενους ιστούς στόχους και έχει σαν αποτέλεσμα την ιατρογενή τομή των ιστών. (Σχ. 11) 1) Γίνεται εξάχνωση της επιφάνειας του ιστού. 2) Δημιουργείται μία ανθρακοποίηση του στρώματος του ιστού που βρίσκεται άμεσα κάτω από την εξαχνώμενη επιφάνεια. 3) Αμέσως κάτω από το δεύτερο στρώμα της τομής σχηματίζεται μία επιφάνεια μη αναστρέψιμου τραύματος στο οποίο δημιουργείται μία εσχάρα που παίζει το ρόλο του προστατευτικού στρώματος του τραύματος και αποβάλλεται όταν έχει πραγματοποιηθεί η επούλωση. 4) Στο τελευταίο στρώμα της τομής σχηματίζεται μία επιφάνεια αναστρέψιμου τραύματος με υπεραιμία απ όπου και αρχίζει η επούλωση. (1) (1) Α.Μ (1) (2) (3) (4) A.M (Σχ. 11) Τα διαφορετικά στρώματα κατά την τομή με Laser Το βάθος διείσδυσης της ακτίνας Laser στον ιστό στόχο εξαρτάται από το ποσοστό απορρόφησης αυτής στην επιφάνεια του ιστού στόχου και η απορρόφηση της ακτίνας με την σειρά της εξαρτάται από την σύσταση του ιδίου του ιστού. Ακόμη εξαρτάται από πολλούς παράγοντες οι οποίοι θα συζητηθούν στην συνέχεια και ορίζουν το βάθος διείσδυσης μεταξύ μm. Έτσι για να έχουμε την δυνατότητα να διαλέξουμε το κατάλληλο Laser για κάθε συγκεκριμένη χειρουργική εργασία που επιθυμούμε να πραγματοποιήσουμε πρέπει να γνωρίζουμε το ποσοστό της απορρόφησης των Laser στους συγκεκριμένους ιστούς που θέλουμε να ακτινοβολήσουμε. Γι αυτό πρέπει να έχουμε πάντα υπ όψιν το διάγραμμα των καμπυλών απορρόφησης των διαφόρων Laser στις ποικίλες χημικές ενώσεις που περιέχονται στους διαφόρους ιστούς. (Σχ. 12) 19

20 KTP (2Ω Nd:YAG) 532nm DIODES nm Nd:YAG 1064nm ERBIUM FAMILY CO nm ΜΕΛΑΝΙΝΗ ΝΕΡΟ 10³ 10² 10¹ ¹ 10 ² 10 ³ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ 1 ErCr : YSGG 2780nm Er : YAG 2940nm ΥΔΡΟΞΥΛΙΟ ΤΟΥ ΑΠΑΤΙΤΗ (Σχ. 12) Λογαριθμική απεικόνιση των καμπυλών απορρόφησης των Laser σε διάφορες χημικές ενώσεις που περιέχονται στους ιστούς 10 A.M A.M Όπως φαίνεται και στο σχήμα 12, κάθε Laser έχει διαφορετική απορρόφηση σε διαφορετικούς ιστούς. Έτσι θέλοντας να διαλέξουμε ένα Laser για μία χειρουργική εργασία στο στόμα ενός ασθενούς πχ. μία χαλινεκτομή, θα πρέπει να σκεφθούμε όχι μόνο αν το συγκεκριμένο Laser που θα διαλέξουμε μπορεί να φέρει σε πέρας με επιτυχία αυτή την χειρουργική εργασία αλλά αν έχει και άλλες επιθυμητές ή μη επιπτώσεις στους ιστούς. (πχ. αν θέλουμε αιμόσταση κατά την χειρουργική επέμβαση). Γνωρίζοντας ότι η τομή με Laser σε έναν ιστό πραγματοποιείται με την απορρόφηση της ενέργειας των φωτονίων από τους ιστούς, την οποία και αποδίδουν ως θερμότητα, μπορούμε να διαλέξουμε μέσω των καμπυλών απορρόφησης το κατάλληλο Laser για την επέμβαση της χαλινεκτομής που θέλουμε να πραγματοποιήσουμε. Έτσι, άν επιθυμούμε την καλή αιμόσταση κατά την επέμβαση θα χρησιμοποιήσουμε ένα Laser που έχει καλή απορρόφηση στην μελανίνη και κυρίως στην αιμοσφαιρίνη. Τα φωτόνια απορροφούνται από τις δύο αυτές ενώσεις και αποδίδουν την κινητική τους ενέργεια ως θερμότητα η οποία είναι υπεύθυνη για την τομή μέσω της εξάχνωσης της επιφάνειας του ιστού αλλά και της πήξης του αίματος, δίνοντας την επιθυμητή αιμόσταση. Τα Laser που θα μπορούσαν να πράξουν την συγκεκριμένη εργασία (χαλινεκτομή με αιμόσταση) με βάση τις καμπύλες απορρόφησης (Σχ. 12) είναι τα: 1) 2ΩNd:YAG (KTP) 532 nm, 2) Diode nm, 3) Nd:YAG 1064 nm. 20

21 Τα συγκεκριμένα Laser ονομάζονται και Laser μαλακών ιστών γιατί χρησιμοποιούνται μόνο στους μαλακούς ιστούς ως πρωτεύοντα χειρουργικά εργαλεία. Αν δεν θέλουμε να έχουμε αιμόσταση κατά την επέμβαση θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε και τα Laser της οικογένειας του Ερβίου: 1) ErCr:YSGG 2780 nm 2) Er:YAG 2940 nm Τα φωτόνια των συγκεκριμένων Laser απορροφούνται και αποδίδουν την κινητική τους ενέργεια κυρίως στα μόρια του νερού που υπάρχουν σε αρκετή ποσότητα σε όλους τους ιστούς. Τα μόρια του νερού με την σειρά τους διασπώνται δημιουργώντας μικροεκρήξεις που διαχωρίζουν τον ιστό. Τα Laser αυτά ονομάζονται Laser σκληρών ιστών γιατί είναι τα μόνα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρωτεύοντα χειρουργικά εργαλεία στους σκληρούς ιστούς (αδαμαντίνη, οδοντίνη, οστό) όπου, με τις κατάλληλες παραμέτρους ισχύος και ψύξης του ιστού, μπορούν να δημιουργήσουν μία τομή χωρίς κανένα κίνδυνο θερμικού τραύματος σε αυτούς. Τα Laser σκληρών ιστών μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν πρωτεύοντα εργαλεία και στους μαλακούς ιστούς γιατί οι μαλακοί ιστοί είναι πολύ πλούσιοι σε περιεκτικότητα νερού. Επειδή το θερμικό τραύμα που παρουσιάζεται στους ιστούς κατά την ακτινοβόλησή τους με τα Laser της οικογένειας του Ερβίου είναι μηδαμινό, ο χρόνος επούλωσης της τομής είναι πολύ μικρός, χωρίς όμως να έχουμε την επιθυμητή αιμόσταση. Η διείσδυση της ακτινοβολίας των Laser στους ιστούς εξαρτάται ακόμη από την εστίαση της ακτίνας στον ιστό στόχο αλλά και από την επαφή της οπτικής ίνας (η οποία οδηγεί την ακτίνα του Laser) με τον ιστό στόχο. (Σχ.13) A.M A.M (1) (2) (3) (4) A.M Α.Μ A.M (Σχ. 13) Σχηματική παράσταση της διείσδυσης της ακτίνας Laser σε σχέση με την επαφή ή μη της οπτικής ίνας με τον ιστό στόχο αλλά και την εστίαση ή μη της ακτίνας στον ιστό. 21

22 Όπως φαίνεται και στο σχήμα 13, η ακτίνα του Laser θα έχει μικρή διείσδυση και θα απορροφηθεί στην επιφάνεια του ιστού μόνο όταν η οπτική ίνα, που οδηγεί την ακτίνα στον ιστό, έχει επαφή με τον ιστό ή όταν η ίδια η ακτίνα είναι εστιασμένη πάνω στην επιφάνεια του ιστού (1). Αντίθετα όταν η ακτίνα Laser δεν είναι εστιασμένη στην επιφάνεια του ιστού ή η οπτική ίνα δεν βρίσκεται σε επαφή με τον ιστό τότε η ακτίνα Laser διεισδύει σε βαθύτερα στρώματα του ιστού (2). Καταλήγοντας θα μπορούσαμε να πούμε ότι η δράση της ακτίνας Laser στους ιστούς εξαρτάται από το ποσοστό απορρόφησης αλλά και από το βάθος διείσδυσης σε αυτούς. 22

23 2.8. Μονάδες μέτρησης: Η ενέργεια της ακτίνας Laser και το ποσοστό απορρόφησης από τους ιστούς στόχους παίζει πρωτεύοντα ρόλο στα αποτελέσματα που μας δίνει. Για να είναι δυνατός ο έλεγχος του ποσού της ενέργειας και της ισχύος που εφαρμόζουμε στους ιστούς προς όφελος της θεραπείας χρησιμοποιούμε διάφορες μονάδες μέτρησης από την φυσική επιστήμη. (Gutknecht 1999, Moritz 2006, Niemz 2004/2207) 1) Το μήκος κύματος μετράται σε nanometers (nm). 2) Η ενέργεια μετράται σε Joule (J). 3) Η ισχύς μετράται σε Watt (W). 4) Η συχνότητα των παλμών μετράται σε Hertz (Hz). 5) Η ροή της ενέργειας ή αλλιώς η πυκνότητα της ενέργειας (Fluence) μετράται σε ( ) δηλαδή η ενέργεια που εφαρμόζουμε στους ιστούς ανά μονάδα επιφανείας. 6) Η ισχύς είναι ίση με την ενέργεια της ακτίνας επί την συχνότητα των παλμών. (W = J x Hz) 7) Επίσης η ισχύς (W) είναι ίση με την ενέργεια (J) της ακτίνας διά του χρόνου ακτινοβόλησης (sec), W=( ) 8) Τέλος η πυκνότητα της ισχύος είναι ίση με ( ) δηλαδή η ισχύς που εφαρμόζουμε στους ιστούς ανά μονάδα επιφανείας. 23

24 2.9. Ο Ηλεκτροτόμος: Η ανάπτυξη του πρώτου ηλεκτροτόμου για κλινική εφαρμογή έγινε από τον Dr. William T. Bovie το 1927 στο πανεπιστήμιο του Harvard στις Η.Π.Α. Η συσκευή αποτελείται από μια πηγή υψηλής συχνότητας ηλεκτρικού ρεύματος η οποία μέσω ενός λεπτού ηλεκτροδίου διαβιβάζει το ηλεκτρικό ρεύμα στους ιστούς με αποτέλεσμα την υπερθέρμανση αυτών και την δημιουργία τομών με μεγάλη ακρίβεια και πολύ καλή αιμόσταση. Στο άρθρο των Palanker D., Vankov A., Jayaraman P. το 2008 στο New Journal of Physics γίνεται μία προσπάθεια επεξήγησης του μηχανισμού λειτουργίας του ηλεκτροτόμου πάνω στους ιστούς χρησιμοποιώντας ένα περίπλοκο μαθηματικό μοντέλο. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος (P) που εφαρμόζεται στους ιστούς εκφράζεται με τον ακόλουθο μαθηματικό τύπο: όπου η ισχύς (P) εκφράζεται σε Watt, η τάση (V) σε Volt και η αντίσταση (R) των ιστών σε Ohm. Όταν οι ιστοί έχουν μηδαμινή έως και μηδενική θερμική αγωγιμότητα το ποσοστό της αύξησης της θερμοκρασίας( ), στο σημείο εφαρμογής του ηλεκτροτόμου, είναι ανάλογο προς την ισχύ (P) και αντιστρόφως ανάλογο με την θερμική χωρητικότητα (heat capacity) των ιστών που με την σειρά του είναι ανάλογο με την μάζα (m) του ιστού και την ειδική θερμική χωρητικότητα (c) (specific heat capacity) των ιστών. ( ) Η υπερθέρμανση των ιστών είναι ανάλογη της πυκνότητας της ροής (j) της ενέργειας του ηλεκτρικού ρεύματος. Η πυκνότητα της ισχύος (p) που παράγεται από την ροή του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ανάλογη του τετραγώνου της ροής της ηλεκτρικής ενέργειας (j) και της αντιστάσεως (g) του ιστού. ( ) Όταν η θερμική αγωγιμότητα στους ιστούς είναι μηδαμινή έως και μηδενική, το ποσοστό της αύξησης της θερμοκρασίας στο σημείο επαφής του ηλεκτροτόμου με τον ιστό είναι ανάλογο με την πυκνότητα της ισχύος (p) και αντιστρόφως ανάλογο προς την ειδική θερμική χωρητικότητα (c) και την πυκνότητα του ιστού (ρ). ( ) 24

25 Προσπαθώντας να απλοποιήσουμε τις βασικές αρχές του μηχανισμού απορρόφησης και διάχυσης της θερμοκρασίας στους ιστούς θεωρήσαμε ότι οι ιστοί αυτοί παρουσιάζουν αναλλοίωτα τα ηλεκτρομαγνητικά και θερμικά χαρακτηριστικά τους κατά την χρήση του ηλεκτροτόμου. Αυτό όμως δεν συμπίπτει με την πραγματικότητα όπου τα ηλεκτρομαγνητικά και τα θερμικά χαρακτηριστικά αλλάζουν συνεχώς και έτσι η χρήση μαθηματικών για την εξήγηση του τρόπου λειτουργίας του ηλεκτροτόμου στους ιστούς απαιτεί ένα πιο περίπλοκο, ένα δυναμικό μοντέλο μαθηματικών όπως αυτό ονομάζεται, το οποίο και εμπίπτει στην βιοφυσική επιστήμη. 25

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ειδικό μέρος 3.1. Σκοπός της έρευνας: Σκοπός της μελέτης αυτής είναι, χρησιμοποιώντας ένα διοδικό Laser (diode 980 nm) με διαφορετικές παραμέτρους ισχύος και εκπομπής κύματος αλλά και έναν ηλεκτροτόμο, να μετρήσουμε με θερμοστοιχεία: 1) τις διαφορετικές θερμοκρασιακές εναλλαγές κατά την χαλινεκτομή. 2) τον χρόνο παραμονής της θερμοκρασίας σε βαθμούς μεγαλύτερους από 47 0 C το οποίο είναι και το κρίσιμο σημείο για την νέκρωση του οστού (Eriksson, Albrektsson 1983). 3) τον χρόνο ψύξης του υποπεριοστικού οστού σε όλες τις περιπτώσεις. 4) το ποσοστό (%) στην κάθε περίπτωση όπου οι θερμοκρασιακές αλλαγές θα έχουν τέτοια χαρακτηριστικά που θα μπορούν να δημιουργήσουν συνθήκες για νέκρωση του οστού. Έτσι θα μας δοθεί η δυνατότητα να διερευνήσουμε εάν οι επεμβάσεις σε μαλακούς ιστούς με ένα διοδικό Laser (diode 980 nm) είναι περισσότερο ασφαλείς σε σχέση με τον ηλεκτροτόμο ως προς το θερμικό τραύμα που δύνανται να προκαλέσουν στο υποπεριοστικό ιστό, και υπό ποιες προϋποθέσεις υπάρχει αυτή η ασφάλεια. (π.χ. παραμέτρους ισχύος, χρόνο ακτινοβόλησης) 3.2. Υλικό και Μέθοδος: Για την πραγματοποίηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκε σαν χειρουργικό εργαλείο μια συσκευή παραγωγής Laser (Diode 980nm) και ως μέτρο σύγκρισης ένας ηλεκτροτόμος. Εβδομήντα κάτω γνάθοι σφαγιασμένων προβάτων με διατηρημένο τον χαλινό αλλά και προσβάσιμο το υποπεριοστικό οστό κάτω από τον χαλινό χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη. Οι εβδομήντα γνάθοι διαχωρίσθηκαν σε επτά ομάδες των 10 γνάθων η κάθε μία. Στην κάθε ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας ένα διοδικό Laser (diode 980 nm) αλλά και έναν ηλεκτροτόμο. (Φωτ. 2) 26

27 (Φωτ. 2), Διοδικό Laser (diode 980 nm), Ηλεκτροτόμος Η οπτική ίνα που οδηγεί την ακτίνα Laser ήταν διαμέτρου 300 μm και η κεφαλή του ηλεκτροτόμου είχε διάμετρο 0,40 mm. (φωτ. 2) Στην πρώτη ομάδα των δέκα γνάθων έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 3 W, συνεχούς κύματος (CW = continuous wave). Στην δεύτερη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 3 W, διακεκομμένου κύματος (Chopped wave) με χρονική διάρκεια κύματος 10 msec (on) και χρονική διάρκεια διακοπής μεταξύ των κυμάτων 10 msec (off). Στην τρίτη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 4 W, συνεχούς κύματος (CW = continuous wave). Στην τέταρτη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 4 W, διακεκομμένου κύματος (Chopped wave) με χρονική διάρκεια κύματος 10 msec (on) και χρονική διάρκεια διακοπής μεταξύ των κυμάτων 10 msec (off). Στην πέμπτη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 5 W, συνεχούς κύματος (CW = continuous wave). Στην έκτη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας διοδικό Laser (diode 980 nm) με ισχύ 5 W, διακεκομμένου κύματος (Chopped wave) με χρονική διάρκεια κύματος 10 msec (on) και χρονική διάρκεια διακοπής μεταξύ των κυμάτων 10 msec (off). (φωτ. 3) 27

28 (Φωτ. 3) Οι παράμετροι ισχύος και εκπομπής της ακτινοβολίας του διοδικού Laser: (1)Διοδικό Laser 980 nm Συνεχούς κύματος 3,4,5 Watt, (2) Διοδικό Laser Διακεκομμένης εκπομπής κύματος 3,4,5 Watt. Και τέλος στην έβδομη ομάδα έγινε χαλινεκτομή χρησιμοποιώντας έναν μονοπολικό ηλεκτροτόμο με ισχύ το μισό της μέγιστης ισχύος της συσκευής (50 W), δηλαδή χρησιμοποιήθηκε ισχύς ίση με 25 W. Πριν από τις ακτινοβολήσεις τρία ηλεκτρόδια από αντίστοιχα θερμοστοιχεία εισήχθησαν στο υποπεριοστικό οστό με σκοπό την μέτρηση της διαφοροποίησης της θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό κατά την επέμβαση της χαλινεκτομής.(φωτ. 4) (Φωτ. 4) Τα ηλεκτρόδια από τα θερμοστοιχεία και η διαδικασία της χαλινεκτομής μέσα στο υδατόλουτρο με το διοδικό Laser (diode 980nm) και τον ηλεκτροτόμο. Κατά την πειραματική φάση της μελέτης χρησιμοποιήθηκε ένα υδατόλουτρο (Φωτ. 4) για να προσομοιωθεί όσο το δυνατόν καλύτερα η φυσιολογική θερμοκρασία των ιστών (37 0 C) που αποτελούσε και την αρχική θερμοκρασία των πειραμάτων, από την οποία ξεκινούσαν αλλά και τελικά κατέληγαν οι μετρήσεις μας. Τα τεμάχια των σιαγώνων σταθεροποιήθηκαν μέσα στο υδατόλουτρο σε μία βάση από γύψο με το 28

29 τμήμα του χαλινού αλλά και το τμήμα του οστού που συμπεριελάμβανε τα ηλεκτρόδια να εξέχουν του ύδατος ώστε να είναι προσβάσιμα για την επέμβαση της χαλινεκτομής και οι μετρήσεις μας να μην επηρεάζονται από την παρουσία του νερού. Η τομή είτε με το διοδικό Laser (diode 980 nm) είτε με τον ηλεκτροτόμο, ξεκινούσε ~3 mm μακριά από τα προσπεφυκότα ούλα από την επιφάνεια του χαλινού και συνεχίζονταν παράλληλα με την φορά του οστού της γνάθου και πάντα κάθετα προς της μυϊκές ίνες του χαλινού φθάνοντας σε βάθος ~15 mm. Τα ηλεκτρόδια των θερμοστοιχείων είχαν εισαχθεί στο υποπεριοστικό οστό σε 5 mm απόσταση μεταξύ τους κατά την κάθετη διάσταση και για πρακτικούς λόγους διαφοροποίησης μεταξύ τους ονομάσθηκαν Μυλικό, Μέσον, Ακρορριζικό.(Σχ. 14) A.M ΠΕΡΙΠΟΥ 3 mm ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΒΑΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΣΠΕΦΙΚΟΤΩΝ ΟΥΛΩΝ ΘΕΡΜΟΣΤΟΙΧΕΙΟ 15 mm ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΤΟΥ LASER 15 mm 46 C 3 mm 15 mm ΤΟ ΚΑΘΕΤΟ ΒΑΘΟΣ ΤΗΣ ΤΟΜΗΣ ΣΤΟ ΚΑΘΕ ΧΑΛΙΝΟ 15 mm ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΜΑΝΟΣ (DDS, MSc) A.M 5 mm 5 mm 5 mm ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΩΝ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΡΙΟΣΤΕΟ 44.7 C 43.9 C (Σχ. 14) Μοντέλο πραγματοποίησης των πειραμάτων της μελέτης Οι ενδείξεις που εμφανίζονταν στις οθόνες των θερμοστοιχείων καταγράφονταν σε πίνακες χωρισμένους σε ομάδες ανάλογες με τις επτά πειραματικές ομάδες. Τέλος τα αποτελέσματα των καταγραφών υποβλήθηκαν σε στατιστική ανάλυση. 29

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αποτελέσματα 4.1. Στατιστική ανάλυση: Στην ανάλυση αυτή παρουσιάζονται τα στατιστικά αποτελέσματα από τρεις διαφορετικές μετρήσεις οι οποίες έγιναν κατά την πραγματοποίηση των πειραμάτων και αφορούν: 1)Την μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύσσεται. 2)Τον χρόνο παραμονής πάνω από τους 47 ο C που είναι και το όριο (θερμικό και χρονικό) για την εμφάνιση θερμικού τραύματος στο οστό. (Eriksson & Albrektsson, 1983). 3) Τον χρόνο επαναφοράς της θερμοκρασίας (sec) μέχρι την φυσιολογική θερμοκρασία των 37 ο. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας 70 πειραματικές μονάδες, όσο το δυνατόν περισσότερο όμοιες μεταξύ τους με σκοπό να πραγματοποιηθούν 10 επαναλήψεις για κάθε μία από τις 7 μεθόδους. Η ανάθεση των μεθόδων στις πειραματικές μονάδες έγινε με τυχαίο τρόπο. Κάθε μία από τις παραπάνω μετρήσεις έγινε σε τρία σημεία της πειραματικής μονάδας. Αρχίζοντας από πάνω προς τα κάτω: Μυλικό, Μέσο, Ακρορριζικό. Παρατηρήθηκε αρκετά διαφορετική διακύμανση στις μετρήσεις διαφορετικών μεθόδων και στα τρία σημεία μέτρησης. Έτσι, για την ανάλυση των δεδομένων, αποφασίστηκε να προσαρμοστούν μοντέλα μικτών επιδράσεων με διαγώνιο πίνακα διακύμανσης για τα σφάλματα των μετρήσεων για κάθε μέθοδο, για κάθε σημείο μέσα σε κάθε επανάληψη. Έτσι τα αποτελέσματα για τους μέσους είναι τιμές με βάση το μοντέλο που προσαρμόστηκε σε κάθε περίπτωση. Το ίδιο ισχύει και για τα τυπικά σφάλματα και διαστήματα εμπιστοσύνης. Οι συγκρίσεις μεταξύ των εκτιμώμενων μέσων έγιναν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Bonferroni. Για όλους τους υπολογισμούς χρησιμοποιήθηκε η διαδικασία MIXED του στατιστικού πακέτου SPSS v

31 4.2. Αποτελέσματα με στατιστικούς πίνακες: Τα αποτελέσματα των θερμοκρασιακών διαφορών από τα πειράματα της μελέτης ομαδοποιήθηκαν με βάση την τεχνική και τις παραμέτρους που χρησιμοποιήθηκαν κατά την επέμβαση της χαλινεκτομής όπως έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 3. Έτσι οι θερμοκρασιακές διαφορές καταγράφηκαν στους ακόλουθους πίνακες που αντιστοιχούν απόλυτα στις επτά πειραματικές ομάδες της μελέτης. (Πίν.1) Διοδικό Laser 980 nm, συνεχούς κύματος, 3 Watt Diode LASER 980 nm, 3 W συνεχους κυματος ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ANASTASIOS MANOS 36.9 Στον πίνακα 1 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 47,9 C 50,7 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 53,4 C 55,1 C στο μέσον και μεταξύ 49,8 C 51,6 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 31

32 (Πίν. 2) Διοδικό Laser, διακεκομμένου κύματος 10 msec on 10 msec of, 3 Watt Diode LASER 980 nm, 3 W διακεκομμενου κυματος 10 msec on, 10 msec of ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) , ANASTASIOS MANOS Στον πίνακα 2 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 46,4 C - 48 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 47,3 C 48,5 C στο μέσον και μεταξύ 47,3 C 48,7 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 32

33 Diode LASER 980 nm, 4 W συνεχους κυματος (Πίν. 3) Διοδικό Laser 980 nm, συνεχούς κύματος, 4 Watt ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ANASTASIOS MANOS Στον πίνακα 3 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 47,6 C-54,2 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 44,8 C 53,4 C στο μέσον και μεταξύ 47,8 C-56,9 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 33

34 (Πίν. 4) Διοδικό Laser, διακεκομμένου κύματος 10 msec on 10 msec of, 4 Watt Diode LASER 980 nm, 4 W διακεκομμενου κυματος 10 msec on, 10 msec of. ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) , ANASTASIOS MANOS 240 Στον πίνακα 4 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 47,3 C-50,7 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 48,1 C-50,4 C στο μέσον και μεταξύ 47,3 C-53,6 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 34

35 (Πίν. 5) Διοδικό Laser 980 nm, συνεχούς κύματος, 5 Watt Diode LASER 980 nm, 5 W συνεχους κυματος ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) , ANASTASIOS MANOS 260 Στον πίνακα 5 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 57,1 C-61,9 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 58,1 C-60,6 C στο μέσον και μεταξύ 56,4 C-61,4 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 35

36 (Πίν. 6) Διοδικό Laser, διακεκομμένου κύματος 10 msec on 10 msec of, 5 Watt Diode LASER 980 nm, 5 W διακεκομμενου κυματος 10 msec on, 10 msec of ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ANASTASIOS MANOS Στον πίνακα 6 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να είναι μεταξύ 48,6 C-55,8 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 46,9 C-53,8 C στο μέσον και μεταξύ 48,9 C-53,2 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης 36

37 (Πίν. 7) Ηλεκτροτόμος, 25 Watt ΗΛΕΚΤΡΟΤΟΜΟΣ ΘΕΡΜ. ΜΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜ. ΜΕΣΟΝ ΘΕΡΜ. ΑΚΡΟΡΡΙΖΙΚΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣ (sec) ANASTASIOS MANOS Στον πίνακα 7 παρατηρούμε τις μέγιστες θερμοκρασίες να βρίσκονται μεταξύ 67,9 C- 73,4 C στο μυλικό σημείο μέτρησης, μεταξύ 71,5 C-75,7 C στο μέσον και 72,4 C-80,3 C στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης. 37

38 (Πίν. 8) Ολικός χρόνος ακτινοβόλησης. Ολικός χρόνος ακτινοβόλησης για την δημιουργία της χαλινεκτομής (sec) ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΜΑΤΑ Διοδικό Laser 980nm συνεχές 3 Watt 108,7 119,4 109,2 118,5 107, ,8 119,6 118,9 98,8 Διοδικό Laser 980nm συνεχές 4 Watt 86,9 108,9 109,3 89,4 98,9 89,3 89,5 109,5 99,2 98,9 Διοδικό Laser 980nm συνεχές 5 Watt 96,7 76,4 76,8 96,7 97,1 108,4 109, ,8 118,9 Ηλεκτροτόμος 127,8 108,3 108,6 117,9 108,9 118,9 109,1 119,4 109,4 129,6 Διοδικό Laser 980nm διακεκομμένο 3 Watt 128, ,5 117,9 118,2 138,8 139,5 128,9 128,3 129,2 Διοδικό Laser 980nm διακεκομμένο 4 Watt 107,7 118,2 107,1 118,5 117,9 107,9 118,5 119,1 108,6 119,5 Διοδικό Laser 980nm διακεκομμένο 5 Watt 106,5 118,7 107,2 108,7 118,9 118,6 117,8 128,4 108,3 108,7 Στον πίνακα 8 παρατηρούμε τον ολικό χρόνο ακτινοβόλησης για την πραγματοποίηση της χαλινεκτομής να είναι μεταξύ των: 1) 98,8-119,6 δευτερολέπτων για το διοδικό συνεχούς τύπου Laser 3 Watt. 2) 86,9-109,5 δευτερολέπτων για το διοδικό συνεχούς τύπου Laser 4 Watt. 3) 76,4-118,9 δευτερολέπτων για το διοδικό συνεχούς τύπου Laser 5 Watt. 4) 108,3 129,6 δευτερολέπτων για τον ηλεκτροτόμο. 5) 117,9 148,5 δευτερολέπτων για το διοδικό διακεκομμένου τύπου Laser 3 Watt. 6) 107,1 119,5 δευτερολέπτων για το διοδικό διακεκομμένου τύπου Laser 4 Watt. 7) 106,5 128,4 δευτερολέπτων για το διοδικό διακεκομμένου τύπου Laser 5 Watt. Στις τιμές που βλέπουμε καταγεγραμμένες στον πίνακα 8 παρατηρούμε ότι αν και η ισχύς και συνεπώς και η ενέργεια που εφαρμόζεται από τον ηλεκτροτόμο κατά την χαλινεκτομή στούς ιστούς είναι πολύ μεγαλύτερη απ αυτήν που εφαρμόζεται από τα διοδικά Laser και των δύο τύπων (συνεχές διακεκομμένο) ο χρόνος ακτινοβόλησης (δηλ. εκτομής του χαλινού) δεν μειώνεται αντίστοιχα. 38

39 (Πίν. 9) Ο χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47ºC στο υποπεριοστικό οστό. Στον πίνακα 9 παρατηρούμε τον χρόνο παραμονής της θερμοκρασίας (σε δευτερόλεπτα) πάνω από το σημείο καμπής για την πρόκληση θερμικού τραύματος που είναι 47ºC για 60 δευτερόλεπτα. Βλέπουμε ότι μόνο στον ηλεκτροτόμο αλλά και στό διοδικό Laser συνεχούς τύπου 5 Watt μερικώς έχουμε ξεπεράσει αυτό το κρίσιμο σημείο. 39

40 (Πίν. 10) Ο χρόνος ψύξης στο υποπεριοστικό οστό σε όλα τα σημεία μέτρησης. Στον πίνακα 10 παρατηρούμε τον χρόνο ψύξης (σε sec) του υποπεριοστικού οστού με έκδηλα μεγαλύτερους χρόνους ( 130 sec) μετά την χρήση του ηλεκτροτόμου και μερικώς μεγαλύτερους μετά την χρήση του διοδικού Laser συνεχούς τύπου 5 Watt. 40

41 ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΟΔΙΚΩΝ ΣΥΝΕΧΟΥΣ, ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΤΟΜΟΥ. Οι μέσες μέγιστες θερμοκρασίες για κάθε σημείο, για κάθε παράμετρο ενέργειας, για συνεχές- διακεκομμένο laser και ηλεκτροτόμο, φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 11. Σημείο μέτρησης Τύπος laser Μέση τιμή C Τυπικό σφάλμα 95% διάστημα εμπιστοσύνης Μυλικά Συνεχές,3W 49,310 0,255 48,758 49,862 Διακεκομμένο,3W 47,200 0,155 46,866 47,534 Συνεχές,4W 50,460 0,681 48,949 51,971 Διακεκομμένο,4W 49,190 0,300 48,537 49,843 Συνεχές,5W 59,600 0,351 58,831 60,369 Διακεκομμένο,5W 51,540 0,633 50,136 52,944 Ηλεκτροτόμος 71,010 0,766 69,309 72,711 Μέσον Συνεχές,3W 54,370 0,185 53,974 54,766 Διακεκομμένο,3W 47,820 0,142 47,501 48,139 Συνεχές,4W 51,610 1,085 49,196 54,024 Διακεκομμένο,4W 49,030 0,255 48,473 49,587 Συνεχές,5W 59,020 0,241 58,499 59,541 Διακεκομμένο,5W 50,850 0,568 49,593 52,107 Ηλεκτροτόμος 73,060 0,421 72,131 73,989 Ακρορριζικά Συνεχές,3W 50,860 0,189 50,447 51,273 Διακεκομμένο,3W 47,970 0,141 47,668 48,272 Συνεχές,4W 53,090 0,760 51,402 54,778 Διακεκομμένο,4W 50,000 0,619 48,629 51,371 Συνεχές,5W 58,020 0,545 56,813 59,227 Διακεκομμένο,5W 51,060 0,421 50,134 51,986 Ηλεκτροτόμος 75,200 0,709 73,627 76,773 (Πίν.11) Οι μέσες μέγιστες θερμοκρασίες κατά τη χαλινεκτομή με διοδικό Laser 980 nm (συνεχούς-διακεκομμένου κύματος) και ηλεκτροτόμου. 41

42 Στο ακόλουθο γράφημα 1, απεικονίζονται οι μέσες μέγιστες θερμοκρασίες κατά την χαλινεκτομή που εμφανίζονται στον πίνακα 11. (Γράφ. 1) ΟΙ μέσες μέγιστες θερμοκρασίες Εξετάζονας το γράφημα 1 παρατηρούμε ότι οι μέσες μέγιστες θερμοκρασίες που αναπτύχθηκαν στο υποπεριοστικό οστό διαφέρουν τόσο μεταξύ των διαφόρων παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν κατά την χαλινεκτομή με την χρήση του Laser όσο και μεταξύ των διαφορετικών παραμέτρων του Laser και του ηλεκτροτόμου. Ιδιαίτερα ξεχωρίζουν οι υψηλές τιμές στην αύξηση της θερμοκρασίας κατά την χρήση του ηλεκτροτόμου όπως και του Laser με ισχύ 5 Watt συνεχούς κύματος. 42

43 Συγκρίσεις μεταξύ των μέσων μέγιστων θερμοκρασιών για τους συνδυασμούς συνεχούς και διακεκομμένου τύπου Laser και ηλεκτροτόμου, για διαφορετικούς τύπους εκπομπής (συνεχές-διακεκομμένο) και διαφορετικές παραμέτρους ισχύος (Watt). (Πίνακας. 12) Ισχύς σε Watt Συγκρίσεις τύπων laser Μέση διαφορά Τυπ. σφάλμα p-value Μυλικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Μέσον 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Ακρορριζικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ (Πίν. 12) Συγκρίσεις των μέσων μέγιστων θερμοκρασιών για τους συνδυασμούς συνεχούς και διακεκομμένου τύπου και ηλεκτροτόμου. 43

44 Οι διαφορές μεταξύ των μέσων τιμών στην αύξηση της θερμοκρασίας οι οποίες παρουσιάζονται στις τιμές που αναγράφονται στον πίνακα 12, απεικονίζονται στο ακόλουθο γράφημα 2. (Γράφ. 2) Οι διαφορές των μέσων μέγιστων θερμοκρασιών Στο γράφημα 2 βλέπουμε τις διαφορές των μέσων μέγιστων θερμοκρασιών όπου και παρατηρούμε ότι έχουμε θετικές μικρού εύρους σε γενικές γραμμές διαφορές των μέγιστων θερμοκρασιών μεταξύ συνεχούς και διακεκομμένου κύματος Laser ενώ οι διαφορές των μεγίστων θερμοκρασιών μεταξύ συνεχούς, διακεκομμένου κύματος Laser και ηλεκτροτόμου είναι μεγάλες και με αρνητικό πρόσημο, δείχνοντας έτσι την πολύ μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας κατά την χρήση του ηλεκτροτόμου. 44

45 ΣΧΕΣΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ (sec) ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΔΙΟΔΙΚΟ (DIODE 980 nm) LASER ΚΑΙ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΟΤΟΜΟ ΣΕ ΚΑΘΕ ΣΗΜΕΙΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Οι μέσοι χρόνοι ακτινοβόλησης για το διοδικό (diode 980 nm) σε συνεχές και διακεκομμένο κύμα με διαφορετικές παραμέτρους ισχύος και τον ηλεκτροτόμο φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 13. Σημείο μέτρησης Τύπος laser Μέση τιμή (sec) Τυπ. Σφάλμα 95% διάστημα εμπιστοσύνης Μυλικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Μέσον Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Ακρορριζικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος (Πίν. 13) Οι μέσοι χρόνοι ακτινοβόλησης για το διοδικό (diode 980 nm) και τον ηλεκτροτόμο. 45

46 Στον πίνακα 13 βλέπουμε τους μέσους χρόνους ακτινοβόλησης (χρόνος για την δημιουργία της χαλινεκτομής) οι οποίοι απεικονίζονται στο ακόλουθο γράφημα 3. (Γράφ. 3) Ο μέσος χρόνος ακτινοβόλησης ή αλλιώς ο μέσος χρόνος για την πραγματοποίηση της χαλινεκτομής Στο γράφημα 3 βλέπουμε ότι ο μέσος χρόνος ακτινοβόλησης ή αλλιώς ο μέσος χρόνος για την πραγματοποίηση της χαλινεκτομής διαφοροποιείται μεταξύ του συνεχούς και διακεκομμένου κύματος στα Laser, με μεγαλύτερο χρόνο τομής στο Laser διακεκομμένου τύπου κύματος. Την ιδια διαφοροποίηση βλέπουμε και μεταξύ των επιπέδων ισχύος ανεξαρτήτως του τρόπου εκπομπής του κύματος στα Laser με μεγαλύτερο χρόνο πραγματοποίησης της τομής στο Laser ισχύος 3 Watt διακεκομμένου κύματος και τον μικρότερο χρόνο στο Laser ισχύος 5 Watt συνεχούς κύματος. Ως προς τον ηλεκτροτόμο ο μέσος χρόνος που χρειάστηκε για να γίνει η χαλινεκτομή ήταν παρόμοιος με τον μέσο χρόνο του Laser ισχύος 5 Watt διακεκομμένου κύματος. 46

47 Συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων ακτινοβόλησης για τους συνδυασμούς συνεχούς και διακεκομμένου τύπου εκπομπής διοδικού Laser 980 nm με διαφορετικές παραμέτρους ισχύος και ηλεκτροτόμου. (Πίνακας. 14) Σημείο μέτρησης Ισχύς Watt Συγκρίσεις τύπων laser Μέση διαφορά(sec) Τυπ. σφάλμα p-value Μυλικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Μέσον 3 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Ακρορριζικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος (Πίν. 14) Συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων ακτινοβόλησης για το διοδικό Laser 980 nm και τον ηλεκτροτόμο. Στον πίνακα 14 βλέπουμε τις σημαντικές διαφορές στον χρόνο ακτινοβόλησης μεταξύ του συνεχούς, διακεκομμένου κύματος Laser και ηλεκτροτόμου που απεικονίζονται στο γράφημα 4. 47

48 (Γράφ. 4) Οι διαφορές των μέσων χρόνων ακτινοβόλησης κατά την χαλινεκτομή Στο γράφημα 4 παρατηρούμε τις διαφορές στον χρόνο ακτινοβόλησης ή αλλιώς του χρόνου που χρειάστηκε για την χαλινεκτομή μεταξύ των διαφορετικών παραμέτρων του Laser και του ηλεκτροτόμου αντίστοιχα. Οι διαφορές μεταξύ συνεχούς και διακεκομμένου, όπως συνεχούς και ηλεκτροτόμου είναι σχεδόν όλες με αρνητικό πρόσημο δηλώνοντας ότι ο χρόνος δράσης του ηλεκτροτόμου για την δημιουργία της τομής είναι μεγαλύτερος από του Laser. Στην σύγκριση μεταξύ διακεκομμένου και ηλεκτροτόμου οι διαφορές στον χρόνο που χρειάστηκε για να πραγματοποιηθεί η τομή ήταν με έντονα θετικό πρόσημο δηλώνοντας ότι ο ηλεκτροτόμος χρειάστηκε λιγότερο χρόνο να πραγματοποιήσει την τομή από το Laser διακεκομμένου κύματος στα 3 και 4 Watt ενώ ήταν παραπλήσιος με το χρόνο που χρειάστηκε το Laser διακεκομμένου κύματος στα 5 Watt. 48

49 ΣΧΕΣΗ ΤΩΝ ΜΕΣΩΝ ΧΡΟΝΩΝ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ ΠΑΝΩ ΑΠΟ ΤΟΥΣ 47 ΒΑΘΜΟΥΣ ΣΤΑ ΤΡΙΑ ΣΗΜΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΙΟΔΙΚΩΝ LASER (3,4,5 W) ΣΥΝΕΧΟΥΣ, ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΤΟΜΟΥ. Οι μέσοι χρόνοι παραμονής πάνω από τους 47 ο για κάθε σημείο, για τις διαφορετικές παραμέτρους ισχύος, για το συνεχές-διακεκομμένο κύμα διοδικού (diode 980 nm) laser και του ηλεκτροτόμου, φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 15. Σημείο μέτρησης Τύπος laser Μέση τιμή (sec) Τυπ. Σφάλμα 95%.διάστημα εμπιστοσύνης Μυλικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Μέσον Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Ακρορριζικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος (Πίν. 15) Οι μέσοι χρόνοι παραμονής πάνω από τους 47 ο του διοδικού (diode 980 nm) laser και του ηλεκτροτόμου. Στον πίνακα 15 βλέπουμε τον μέσο χρόνο παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C για κάθε σημείο μέτρησης σε όλες τις τεχνικές με τις διαφορετικές παραμέτρους για την χαλινεκτομή που χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη και που απεικονίζονται στο γράφημα 5. 49

50 (Γράφ. 5) Μέσος χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C στο υποπεριοστικό οστό Στο γράφημα 5 βλέπουμε τους μέσους χρόνους παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C που είναι το κρίσιμο σημείο για την δημιουργία θερμικού τραύματος στο οστό (Eriksson, Albrektsson, 1983). Οι χρόνοι παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C παρουσιάζονται να είναι πάντα μεγαλύτεροι στο συνεχές κύμα από ό,τι είναι στο διακεκομμένο και πολύ μεγαλύτεροι στον ηλεκτροτόμο από όλες τις παραμέτρους του Laser που χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη. 50

51 Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής πάνω από τους 47 ο για το laser ΣΥΝΕΧΟΥΣ κύματος μεταξύ των τριών παραμέτρων ισχύος και στα τρία σημεία μέτρησης, δίνουν τον παρακάτω πίνακα 16. Σημείο μέτρησης Ισχύς Watt Μέση διαφορά (sec) Τυπικό σφάλμα (sec) p-value Μυλικά <0.001 ѵ <0.001 ѵ Μέσον <0.001 ѵ Ακρορριζικά (Πίν. 16) Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής πάνω από τους 47 ο για το διοδικό (diode 980 nm) Laser ΣΥΝΕΧΟΥΣ κύματος. Στον πίνακα 16 παρατηρούμε την διαφορά των μέσων χρόνων παραμονής της θερμοκρασίας μεταξύ των διαφόρων παραμέτρων ισχύος στο συνεχές κύμα με σχεδόν πάντα αρνητικό πρόσημο που δείχνει ότι ο χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C αυξάνει με την αύξηση της ισχύος και άρα της εφαρμοσμένης ενέργειας στους ιστούς κατά την χαλινεκτομή. 51

52 Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής (Sec) πάνω από τους 47 ο για το διοδικό (diode 980 nm) laser ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ κύματος μεταξύ των τριών παραμέτρων ισχύος και στα τρία σημεία μέτρησης δίνουν τον παρακάτω πίνακα 17. Σημείο μέτρησης Ισχύς Watt Μέση διαφορά (Sec) Τυπικό σφάλμα (Sec) p-value Μυλικά <0.001 ѵ <0.001 ѵ Μέσον Ακρορριζικά (Πίν. 17) Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής(sec) πάνω από τους 47 ο για το διοδικό (diode 980 nm) laser ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ κύματος. Στον πίνακα 17 παρατηρούμε τις διαφορές στον μέσο χρόνο παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C μεταξύ των διαφόρων παραμέτρων ισχύος στο διακεκομμένο κύμα οι οποίες αυξάνουν με την αύξηση της ισχύος και άρα της εφαρμοσμένης στους ιστούς ενέργειας κατά την διαδικασία της χαλινεκτομής. 52

53 (Γράφ. 6) Οι διαφορές μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C μεταξύ 3,4,5 Watt στην συνεχή και διακεκομμένη εκπομπή κύματος Οι διαφορές μεταξύ του μέσου χρόνου παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C μεταξύ των παραμέτρων ισχύος στο Laser δείχνουν μεγάλες διαφορές που σχετίζονται άμεσα με την τιμή της ισχύος της ακτίνας του Laser κατά την στιγμή της χρήσης του. Όσο μεγαλύτερη η διαφορά ισχύος μεταξύ δύο παραμέτρων τόσο μεγαλύτερη και η διαφορά του μέσου χρόνου παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C μεταξύ αυτών των παραμέτρων γεγονός που δείχνει ότι όσο μεγαλύτερη η ισχύς που εφαρμόζεται στους ιστούς τόσο μεγαλύτερος και ο χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C. 53

54 Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής πάνω από τους 47 ο για τους συνδυασμούς συνεχούς και διακεκομμένου τύπου Laser και ηλεκτροτόμου, και για τις τρείς διαφορετικές παραμέτρους ισχύος παρατίθενται στον πίνακα 18. Σημείο μέτρησης Ισχύς Watt Συγκρίσεις τύπων laser Μέση διαφορά(sec) Τυπ. Σφάλμα p-value Μυλικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Μέσον 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Ακρορριζικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ (Πίν. 18) Οι συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων παραμονής πάνω από τους 47 ο για τους συνδυασμούς συνεχούς και διακεκομμένου τύπου Laser και ηλεκτροτόμου. Στον πίνακα 18 βλέπουμε τις διαφορές των μέσων χρόνων παραμονής της θερμοκρασίας για τους συνδυασμούς συνεχούς διακεκομμένου, συνεχούς ηλεκτροτόμου και διακεκομμένου ηλεκτροτόμου. Παρατηρούμε ότι η σχέση μεταξύ συνεχούς και διακεκομμένου Laser έχει πάντα θετικό πρόσημο ενώ η σχέση μεταξύ συνεχούς Laser και ηλεκτροτόμου όπως και διακεκομμένου Laser και ηλεκτροτόμου έχει πάντα αρνητικό πρόσημο. Τα συμπεράσματα απεικονίζονται στο ακόλουθο γράφημα 7. 54

55 (Γράφ. 7) Συγκρίσεις μεταξύ του μέσου χρόνου παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C για τους συνδυασμούς συνεχούς, διακεκομμένου κύματος και ηλεκτροτόμου. Στο γράφημα 7 βλέπουμε την διαμόρφωση των συγκρίσεων του μέσου χρόνου παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από 47 C μεταξύ συνεχούς, διακεκομμένου κύματος Laser και ηλεκτροτόμου όπου: 1) η σχέση συνεχούς διακεκομμένου Laser έχει πάντα θετικό πρόσημο και στις τρείς παραμέτρους ισχύος (3,4,5 Watt) το οποίο δηλώνει ότι ο χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C είναι πάντα μεγαλύτερος στο Laser συνεχoύς τύπου κύματος από ό,τι στo Laser διακεκομμένου τύπου κύματος. 2) Αντιθέτως η ίδια σχέση αλλά με έντονο αρνητικό πρόσημο εμφανίζεται μεταξύ του Laser συνεχούς κύματος και ηλεκτροτόμου όπως και μεταξύ του Laser διακεκομμένου κύματος και ηλεκτροτόμου η οποία δηλώνει ότι ο χρόνος παραμονής της θερμοκρασίας πάνω από τους 47 C είναι πάντα μεγαλύτερος στον ηλεκτροτόμο. 55

56 ΣΧΕΣΗ ΤΩΝ ΜΕΣΩΝ ΧΡΟΝΩΝ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΟΥΣ 37 ΒΑΘΜΟΥΣ ± 0.2 ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΔΙΟΔΙΚΟΥ ΣΥΝΕΧΟΥΣ-ΔΙΑΚΕΚΟΜΜΕΝΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΤΟΜΟΥ. Οι μέσοι χρόνοι επαναφοράς της θερμοκρασίας στους 37 ο για κάθε σημείο, για κάθε παράμετρο ισχύος, για συνεχές- διακεκομμένο διοδικό (diode 980nm) laser και ηλεκτροτόμο φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 19. Σημείο μέτρησης Τύπος laser Μέση τιμή (sec) Τυπ. σφάλμα 95% διάστημα εμπιστοσύνης Μυλικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Μέσον Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος Ακρορριζικά Συνεχές,3W Διακεκομμένο,3W Συνεχές,4W Διακεκομμένο,4W Συνεχές,5W Διακεκομμένο,5W Ηλεκτροτόμος (Πίν.19) Οι μέσοι χρόνοι επαναφοράς της θερμοκρασίας στους 37 ο για συνεχέςδιακεκομμένο διοδικό (diodo 980 nm) laser και ηλεκτροτόμο. Στον πίνακα 19 βλέπουμε τους μέσους χρόνους ψύξης των ιστών με έκδηλα μεγαλύτερους χρόνους μετά την χρήση του διοδικού Laser 5W συνεχούς κύματος και του ηλεκτροτόμου που απεικονίζονται στο γράφημα 8 56

57 (Γράφ. 8) Ο μέσος χρόνος ψύξης των ιστών Στο γράφημα 8 βλέπουμε τον χρόνο ψύξης των ιστών στο Laser συνεχούς και διακεκομμένου τύπου κύματος στις τρείς παραμέτρους ισχύος (3,4,5 Watt) και του ηλεκτροτόμου με έντονες διαφοροποιήσεις και με τον μεγαλύτερο χρόνο στο Laser συνεχούς κύματος των 5 Watt και στον ηλεκτροτόμο. 57

58 Συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων επαναφοράς της θερμοκρασίας στους 37 ο για τους συνδυασμούς διοδικού (diode 980nm) Laser συνεχούς και διακεκομμένης εκπομπής κύματος, για διαφορετικές παραμέτρους ισχύος, και του ηλεκτροτόμου. (Πίνακας. 20) Ισχύς Watt Συγκρίσεις τύπων laser Μέση διαφορά(sec) Τυπ. σφάλμα p-value Μυλικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Μέσον 3 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο <0.001 ѵ Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Ακρορριζικά 3 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 4 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ 5 Συνεχές-Διακεκομμένο Συνεχές-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ Διακεκομμένο-Ηλεκτροτόμος <0.001 ѵ (Πίν. 20) Συγκρίσεις μεταξύ των μέσων χρόνων επαναφοράς της θερμοκρασίας στους 37 ο C του διοδικού (diode 980 nm) Laser και του ηλεκτροτόμου. Στον πίνακα 20 βλέπουμε τις διαφορές στους χρόνους ψύξης των ιστών μεταξύ των συνδυασμών διοδικού Laser συνεχούς κύματος διακεκομμένου κύματος, διοδικού Laser συνεχούς κύματος ηλεκτροτόμου και διοδικού Laser διακεκομμένου κύματος ηλεκτροτόμου, όπου οι σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο τύπων εκπομπής Laser και του ηλεκτροτόμου με αρνητικό πρόσημο δείχνουν ότι ο χρόνος ψύξης είναι μεγαλύτερος μετά την χρήση του ηλεκτροτόμου. Οι διαφορές αυτές απεικονίζονται στο ακόλουθο γράφημα 9. 58

59 (Γράφ. 9) Οι διαφορές μεταξύ του μέσου χρόνου ψύξης των ιστών μεταξύ συνεχούς, διακεκομμένου κύματος Laser και ηλεκτροτόμου Στο γράφημα 9 βλέπουμε τις διαφορές του χρόνου ψύξης των ιστών με την χρήση διοδικού Laser συνεχούς και διακεκομμένου κύματος και ηλεκτροτόμου για την δημιουργία της χαλινεκτομής. Εμφανίζονται έντονες διαφορές όπου οι μεγαλύτερες με αρνητικό πρόσημο είναι μεταξύ του Laser (και στους δύο τύπους εκπομπής) και του ηλεκτροτόμου με το αρνητικό πρόσημο να δηλώνει ότι ο χρόνος ψύξης στον ηλεκτροτόμο είναι μεγαλύτερος. 59

60 Ποσοστό περιπτώσεων στις οποίες η θερμοκρασία παρέμεινε υψηλότερη των 47 ο C, για περισσότερο από ένα λεπτό, το οποίο είναι και το όριο για θερμικό τραύμα στο οστό (Eriksson & Albertksson 1983). (Πίνακας 21) Σημείο Τύπος laser μέτρησης Μυλικά Συνεχές,3W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,3W 0/10 (0%) Συνεχές,4W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,4W 0/10 (0%) Συνεχές,5W 10/10 (100%) Διακεκομμένο,5W 0/10 (0%) Ηλεκτροτόμος 10/10 (100%) Μέσον Συνεχές,3W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,3W 0/10 (0%) Συνεχές,4W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,4W 0/10 (0%) Συνεχές,5W 9/10 (90%) Διακεκομμένο,5W 0/10 (0%) Ηλεκτροτόμος 10/10 (100%) Ακρορριζικά Συνεχές,3W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,3W 0/10 (0%) Συνεχές,4W 0/10 (0%) Διακεκομμένο,4W 0/10 (0%) Συνεχές,5W 3/10 (30%) Διακεκομμένο,5W 0/10 (0%) Ηλεκτροτόμος 10/10 (100%) (Πίν. 21) Ποσοστό περιπτώσεων στις οποίες η θερμοκρασία παρέμεινε υψηλότερη των 47 ο C, για περισσότερο από ένα λεπτό. Στον πίνακα 21 βλέπουμε το ποσοστό των περιπτώσεων όπου η θερμοκρασία παρέμεινε υψηλότερη των 47 C για περισσότερο από 60sec. Είναι εμφανές ότι στο μυλικό σημείο μέτρησης για το συνεχές κύμα 5W και για τον ηλεκτροτόμο ήταν 100% ενώ στα υπόλοιπα 0%, στο μέσον 90% στο συνεχές κύμα των 5W, 100% στον ηλεκτροτόμο και 0% στα υπόλοιπα και τελικώς στο ακρορριζικό σημείο μέτρησης 30% στο συνεχές κύμα των 5W, 100% στον ηλεκτροτόμο και 0% στα υπόλοιπα. 60

61 Η σχέση ισχύος και μέσης ενέργειας στον μέσο χρόνο ακτινοβόλησης. Ενέργεια (mjoule) Συνεχές 3 Watt Συνεχές 4 Watt Συνεχές 5 Watt Ηλεκτροτόμος 25 Watt Διακεκομμένο 10 msec on, 10 msec of, 3 Watt Διακεκομμένο 10 msec on, 10 msec of, 4 Watt Διακεκομμένο 10 msec on, 10 msec of, 5 Watt Η μέση ενέργεια που αντιστοιχεί σε κάθε Laser και στον ηλεκτροτόμο. (Πίνακας 22.) Με βάση τον πίνακα αυτόν (22) μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα γράφημα που με μεγάλη παραστατικότητα μας δίνει την έντονη διαφορά της ενέργειας που εφαρμόστηκε στους ιστούς.(γραφ. 10) (Γράφ. 10) Η ενέργεια που εφαρμόστηκε στους ιστούς Μέσω του προηγουμένου πίνακα (22) και του γραφήματος (10) μπορούμε να δούμε την άμεση αντιστοιχία μεταξύ της εφαρμοσμένης ενέργειας και της ισχύος στην αύξηση της θερμοκρασίας στους ιστούς στον ακόλουθο πίνακα (23). 61

62 Η σχέση της μέγιστης θερμοκρασίας με την μέση ενέργεια και την ισχύ της ακτινοβολίας. Μέγιστη θερμοκρασία C μυλικά Μέγιστη Θερμοκρασία C μέσον mj στα 3 W., CW 49,31 54,37 50, mj στα 4 W., CW 50,46 51,61 53, mj στα 5 W., CW 59,6 59,02 58, mj., 25 W ηλεκτροτ. 71,01 73,06 75,2 Μέγιστη θερμοκρασία C ακρορριζικά mj στα 3 W., 47,2 47,82 47,97 Διακεκομμένο mj στα 4 W., 49,19 49,03 50 Διακεκομμένο mj στα 5 W., 51,54 50,85 51,06 Διακεκομμένο (Πίν. 23) Η μέση μέγιστη θερμοκρασία σε σχέση με την ενέργεια και την ισχύ που εφαρμόστηκε στους ιστούς Με βάση της τιμές στον πίνακα 22 μπορούμε να δημιουργήσουμε το ακόλουθο γράφημα 11 όπου και απεικονίζεται η σχέση της ενέργειας που εφαρμόστηκε στους ιστούς με την μέση μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύχθηκε σε αυτούς. (Γράφ. 11) Η μέση μέγιστη θερμοκρασία σε σχέση με την εφαρμοσμένη ενέργεια και ισχύ στους ιστούς 62

63 Ο χρόνος ακτινοβόλησης σε σχέση με την ισχύ της ακτινοβολίας και την μέγιστη μέση θερμοκρασία. Διοδικό συνεχές 3W 112,98sec 97,44sec 96,63sec 115,79sec 133,8sec 114,3sec 114,18sec 50,86 C Διοδικό συνεχές 4W 53,09 C Διοδικό συνεχές 5W 58,02 C Ηλεκτροτόμος 25W 75,2 C Διοδικό διακεκομμένο 3W Διοδικό διακεκομμένο 4W 47,97 C 50 C Διοδικό διακεκομμένο 5W 51,06 C (Πίν. 24) Ο χρόνος τομής σε σχέση με την εφαρμοσμένη ισχύ και την μέγιστη μέση θερμοκρασία στο ακρορριζικό τμήμα. Όπως παρατηρούμε στον προηγούμενο πίνακα 24 ενώ ο χρόνος τομής (ή ακτινοβόλησης) των ιστών μικραίνει, αυξάνεται ελαφρά η θερμοκρασία με την αντίστοιχη αύξηση της ισχύος. Όταν χρησιμοποιείται ο ηλεκτροτόμος με την πολύ μεγαλύτερη ισχύ των 25 Watt ο χρόνος τομής δεν μειώνεται αλλά αυξάνεται σημαντικά με αντίστοιχη σημαντική αύξηση στην θερμοκρασία του υποπεριοστικού οστού. 63

64 Εύκολα λοιπόν μπορούμε να απεικονίσουμε τα προηγούμενα συμπεράσματα με το ακόλουθο γράφημα.(γράφ. 12) (Γράφ. 12) Η ισχύς σε σχέση με την θερμοκρασία και τον χρόνο ακτινοβόλησης 64

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Συζήτηση Κατά την δεκαετία του 70 άρχισαν να γίνονται έρευνες στην γενική χειρουργική για την δυνατότητα χρησιμοποίησης των ακτίνων Laser ως χειρουργικά μαχαιρίδια για την πραγματοποίηση όσο το δυνατόν αναίμακτων επεμβάσεων χωρίς τα μειονεκτήματα του ηλεκτροτόμου. Με τις έρευνες αυτές άρχισε να γίνεται κατανοητός ο τρόπος απορρόφησης των διαφορετικών ακτίνων Laser στους διάφορους ιστούς, και η βιοανάδραση αυτών. Ακόμη έγινε κατανοητό ότι ο διαφορετικός τρόπος εκπομπής των ακτίνων Laser (συνεχές, διακοπτόμενο, παλμικό κύμα) αλλά και οι διαφορετικές παράμετροι ενέργειας, ισχύος και η συχνότητα των παλμών δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα στους ιστούς. Κατανοώντας λοιπόν τον τρόπο λειτουργίας των Laser και την βιοανάδραση άρχισε ξανά στα μέσα της δεκαετίας του 80 η έρευνα για την χρήση των ακτίνων Laser και στην οδοντιατρική. Παρ όλο που ο τρόπος δράσης των ακτίνων Laser είχε εξηγηθεί από την φυσική επιστήμη (η κινητική ενέργεια των φωτονίων απορροφάται από τους ιστούς και μεταπίπτει σε θερμική ενέργεια), η παρατήρηση των διαφόρων ανεπιθύμητων φαινομένων όπως της ανθρακοποίησης των ιστών από την εφαρμογή σε αυτούς ακτίνων Laser με υψηλή ενέργεια ή ισχύ δεν οδήγησε στην προσεκτική έρευνα της ανάπτυξης της θερμότητας στους ακτινοβολημένους ιστούς αλλά ούτε και στη μελέτη του φαινομένου της διάχυσης της παραγόμενης θερμότητας σε βαθύτερα ευρισκόμενους ιστούς όπως και των αποτελεσμάτων που δημιουργεί η ανάπτυξη και διάχυση της θερμότητας. Βεβαίως έρευνες πάνω στην ανάπτυξη, διάχυση της θερμότητας αλλά και του αποτελέσματος που αυτή η θερμότητα έχει στους ακτινοβολημένους ιστούς έχουν πραγματοποιηθεί παλαιότερα με διάφορα αποτελέσματα στην δερματολογία, στην ωτορινολαρυγγολογία και στην οδοντιατρική, κυρίως στην ενδοδοντολογία (Gutknecht N. 1999, Gutknecht N. Franzen R. Meister J. 2005, Namour S. Kowaly K. Powel G. Van Reck J. Rocca J. P. 2004, Manos A. Gutknecht N. 2009). Υπάρχουν ακόμη και κάποιες ερευνητικές εργασίες από βιοφυσικούς οι οποίες προτείνουν μερικούς μαθηματικούς τρόπους υπολογισμού της αύξησης της θερμοκρασίας στους υπό ακτινοβόληση ιστούς βοηθώντας έτσι να διαλέξουμε τις κατάλληλες παραμέτρους για να πετύχουμε το καλύτερο αποτέλεσμα με την ελάχιστη θερμική ζημία σε αυτούς. Από τις πρώτες έρευνες πάνω στην χρήση των Laser ήταν και αυτή των Stern και Søgnnaes το 1964 όπου ένα Laser Ρουβιδίου (Ruby Laser 693nm) χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη των αποτελεσμάτων της ακτίνας Laser στην αδαμαντίνη με 65

66 απογοητευτικά αποτελέσματα εμφανίζοντας σημεία τήξης της αδαμαντίνης, έντονης ανθρακοποίησης και σχηματοποίηση κρατήρων και ρωγμών. (Φωτ. 5) Ανθρακοποίηση της αδαμαντίνης από λανθασμένη χρήση του Laser. Stern & Søgnnaes Η ελλιπής γνώση του τρόπου απορρόφησης των ακτίνων Laser στους ιστούς και η μη σωστή κατανόηση της βιοανάδρασης κατά την αρχική χρονική περίοδο της ερευνητικής χρήσης των Laser άρα και η μη σωστή εξήγηση του φαινομένου της τήξης και ανθρακοποίησης της αδαμαντίνης καθώς και η αδυναμία ελέγχου και αποφυγής του φαινομένου αυτού δημιούργησε την αρχική εντύπωση ότι τα Laser δεν έχουν δυνατότητες χρησιμοποίησης στην οδοντιατρική. Στα χρόνια που ακολούθησαν αρκετές έρευνες πραγματοποιούνται στην γυναικολογία, ωτορινολαρυγγολογία, δερματολογία ασχολούμενες με την εύρεση πεδίων επιτυχούς χρήσης των ακτίνων Laser στην ιατρική όπως το 1980 οι Cochrane, Bacon, Creasy και Russell προσπάθησαν να ερευνήσουν την επούλωση των ιστών μετά την ακτινοβόλησή τους με Laser CO2 σε σύγκριση με την διαθερμία και το απλό χειρουργικό μαχαιρίδιο. Η έρευνα έδειξε πιθανό θερμικό τραύμα και με το Laser και την διαθερμία χωρίς όμως η αύξηση της θερμοκρασίας να διερευνηθεί περισσότερο. Το 1983 ο Montgomery, Sharp, Bellina και Ross δημοσίευσαν μία εργασία όπου και συγκρίνουν ιστολογικά τα αποτελέσματα του απλού χειρουργικού μαχαιριδίου, του ηλεκτροτόμου και του Laser Διοξειδίου του Άνθρακα στο δέρμα και στην μήτρα σκύλων. Η έρευνα έδειξε ότι ο χρόνος της πραγματοποίησης της τομής (4 cm βάθος) στο δέρμα με το Laser ήταν διπλάσιος (8 sec) από τον χρόνο που χρειάστηκε για να πραγματοποιηθεί η τομή με το απλό χειρουργικό μαχαιρίδιο (4 sec) ή τον ηλεκτροτόμο (3,5 sec). 66

67 Η αιμόσταση ήταν πολύ καλύτερη με το Laser από ό,τι με το απλό χειρουργικό μαχαιρίδιο και ελαφρά καλύτερη από τον ηλεκτροτόμο, ενώ η αρχική επούλωση φάνηκε να είναι πιο αργή στις τομές που έγιναν με την χρήση του Laser. Στην ίδια έρευνα εξετάζοντας ιστολογικά τις χειρουργικές τομές παρατηρήθηκε ότι στην βάση της τομής με τον ηλεκτροτόμο υπήρξε μεγαλύτερη επιφάνεια θερμικής νέκρωσης των ιστών από ό,τι στην τομή με το Laser χωρίς όμως να ερευνηθεί περισσότερο η αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της τομής αλλά και σε βαθύτερα στρώματα ιστών. Την ίδια χρονιά (1983) οι Katatsuyuki A., Toyomi W., Hideki O., Takeshi A., Akinori N., εξέτασαν τα θερμικά εν τω βάθει αποτελέσματα κατά την ακτινοβόληση με απεστιασμένη ακτίνα Laser Νεοδυμίου με διαφορετικές παραμέτρους. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι η θερμοκρασία στο υποδόριο οστό δεν αυξήθηκε πάνω από 10 C. Το 1984 ερευνήθηκαν από τους Fisher και Frame τα αποτελέσματα της χειρουργικής εφαρμογής του Laser Διοξειδίου του Άνθρακα στους ιστούς της στοματικής κοιλότητας. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής αναγνώριζαν την αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια των ακτινοβολημένων ιστών ως την αιτία για την πραγματοποίηση της τομής στους ιστούς και της αποδόμησης των πρωτεϊνών. Οι ερευνητές όμως δεν διερεύνησαν το ποσοστό της αύξησης της θερμοκρασίας στους ακτινοβολούμενους ιστούς και στα βαθύτερα στρώματα αυτών. Το 1985 δημοσιεύτηκε μία ερευνητική εργασία των Svaasand, Boerslid και Oeveraasen με θέμα τα οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά των ζωντανών ιστών. Στην εργασία αυτή αναφέρονται οι αρχές της διάχυσης της θερμότητας στου ιστούς. Οι αρχές αυτές βασίζονται στα τρία θερμικά χαρακτηριστικά των ιστών. 1) Την θερμική αγωγιμότητα. 2) Την ικανότητα αποθήκευσης της θερμότητας. 3) Την ικανότητα ψύξης των ιστών δια μέσου της κυκλοφορίας του αίματος. Η θερμική αγωγιμότητα των ιστών ορίζεται ως το κλάσμα της ροής της ενέργειας προς την μείωση της θερμοκρασίας ανά μονάδα μήκους. Η ικανότητα της αποθήκευσης της θερμότητας εκφράζεται ως ειδική θερμότητα και ορίζεται ως την ποσότητα της αποθηκευμένης θερμοκρασίας για κάθε μονάδα αύξησης της θερμοκρασίας σε κάθε μονάδα μάζας του ιστού. Η θερμική δυναμική των ιστών ή αλλιώς η διάχυση της θερμότητας σε αυτούς ορίζεται από το κλάσμα της θερμικής αγωγιμότητας προς την ειδική θερμότητα ανά μονάδα όγκου. Η κυκλοφορία του αίματος παίζει σημαντικό ρόλο στην μείωση της θερμοκρασίας. Η θερμική ενέργεια αποθηκεύεται στο αίμα μέσω του μηχανισμού της ειδικής θερμότητας αυτού. Η μείωση της θερμοκρασίας δια μέσου της ροής του αίματος είναι ανάλογη της 67

68 τετραγωνικής ρίζας της ροής του αίματος. Η ροή του αίματος ορίζεται ως ο όγκος του αίματος ανά μονάδα του όγκου του ιστού στην μονάδα του χρόνου. Το 1986 δημοσιεύεται η εργασία του Boulnois με θέμα τις φωτοφυσικές διεργασίες στις πρόσφατες εξελίξεις των ιατρικών Laser. Το 1987 οι Launay Y., Mordon S., Cornil A., Brunetaud J. M., Moscheto Y., ερεύνησαν τα θερμικά αποτελέσματα στον πολφό κατά την ακτινοβόληση της αδαμαντίνης με Nd:YAG, Argon και CO2 Laser. Η μελέτη τους έδειξε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας στον πολφό ήταν πολύ μικρή για τα Argon και CO2 Laser ενώ υπήρξε υπερθέρμανση του πολφού με το Nd:YAG Laser. Το 1989 οι Walsh J. T. Jr., Flotte T. J., Deutsch T. F., εξέτασαν τα θερμικά αποτελέσματα ενός Er:YAG Laser με διαφορετικού τύπου εκπομπής κύματος (παλμικού και Q-Switched) κατά την ακτινοβόληση του δέρματος, του κερατοειδούς, της αορτής και του οστού. Μελέτη τους έδειξε ότι το θερμικό τραύμα ήταν πολύ μικρότερο κατά την Q-Switched εκπομπή κύματος με βάθος διείσδυσης 5-10μm. Το 1990 οι Cheong, Prahl και Welch δημοσιεύουν την εργασία τους πάνω στα οπτικά χαρακτηριστικά των βιολογικών ιστών και την ίδια χρονιά ο McKenzie δημοσιεύει την εργασία του πάνω στην φυσική των θερμικών διεργασιών κατά την αντίδραση των ιστών στην ακτινοβολία των Laser. Όλες οι προηγούμενες εργασίες μας δίνουν μία ιδέα της πολυπλοκότητας των οπτικών και θερμικών χαρακτηριστικών των ιστών αλλά και των αρχών της φυσικής επιστήμης και των μαθηματικών που διέπουν αυτά τα χαρακτηριστικά. Το 1991 οι Hibst R., Kaufmann R., ερεύνησαν μεταξύ άλλων το θερμικό τραύμα που δημιουργείται κατά την ακτινοβόληση του δέρματος με Er:YAG Laser. Τα αποτελέσματα της μελέτης τους δεν έδειξαν κάποια θερμική αλλοίωση στην επιφάνεια αλλά και στα βαθύτερα στρώματα της επιδερμίδας. Τον ίδιο χρόνο οι Dressel, Jahn, Neu, και Jungbluth, ερεύνησαν την αύξηση της θερμοκρασίας κατά την τομή του μηνίσκου και του οστού με Excimer Laser. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι οι θερμοκρασία των ιστών που περιελάμβαναν το σημείο ακτινοβόλησης (τομής) δεν υπερέβει τους 40 C. Το 1992 οι Prokova, Nikolaeva και Skovorodnev, παρουσίασαν την ανάλυσή τους πάνω στα θερμικά αποτελέσματα του CO2 Laser κατά την πραγματοποίηση χειρουργικής τομής σε οστό. Ήταν ξεκάθαρο ότι μία αύξηση της πυκνότητας της ισχύος οδήγησε σε αύξηση της θερμοκρασίας. Η αύξηση αυτή μειωνόταν εκθετικά με την αύξηση της απόστασης από το σημείο ακτινοβόλησης. Η θερμική αγωγιμότητα των ιστών έπαιζε ρόλο αντιστρόφως ανάλογο στην διατήρηση της θερμοκρασίας για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στους ιστούς. Η μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα οδηγεί σε ταχεία απαγωγή της θερμότητας και φυσικά σε γρηγορότερη ψύξη των ιστών. Το 1993 οι Sardar, Zapata και Howard παρουσιάζουν στην εργασία τους ότι είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε το ποσοστό της απορρόφησης ενός Laser στους ιστούς 68

69 ώστε να υπολογίσουμε το θερμικό τραύμα που το συγκεκριμένο Laser θα δημιουργήσει κατά την χρησιμοποίησή του σε αυτούς. Το θερμικό αποτέλεσμα στους ιστούς είναι έντονα εξαρτημένο από την απορρόφηση, την διάχυση, την διείσδυση και την ανάκλαση της ακτίνας Laser στους ιστούς. Ακόμη η παραγωγή της θερμότητας στους ακτινοβολημένους ιστούς εξαρτάται, εκτός από τους προηγούμενους λόγους, και από την πυκνότητα της ενέργειας της ακτίνας Laser. Την ίδια χρονιά ο Jacques στο άρθρο του αποδεικνύει ότι κατά την ακτινοβόληση των ιστών γίνονται σημαντικές αλλαγές στα οπτικά χαρακτηριστικά αυτών (απορρόφηση, διάχυση, διείσδυση και ανάκλαση της ακτινοβολίας Laser) με αποτέλεσμα ο μαθηματικός υπολογισμός της απορρόφησης της ακτίνας, της διείσδυσης της ενέργειας στους ιστούς, και του θερμικού αποτελέσματος σε αυτούς να γίνεται πολύ περίπλοκος και να χαρακτηρίζεται, λόγω των αλλαγών που συμβαίνουν στους ιστούς και ακυρώνουν την θεωρητική ομογένεια αυτών, ως δυναμική οπτική των ιστών. Επίσης το 1993 οι Miserendino L. J., Abt E., Wigdor H. και Miserendino C. A., εξέτασαν τους μηχανισμούς ψύξης των οδοντικών ιστών κατά την ακτινοβόλησή τους με Laser CO2, καταλήγοντας ότι η ψύξη των ιστών με αέρα και σπρέι νερού μείωνε το ρίσκο για θερμικό τραύμα σε πολύ χαμηλά επίπεδα συγκρινόμενα με τα επίπεδα που εμφανίζονται με την χρήση του συμβατικού οδοντογλύφανου. Το 1995 οι Seka, Fried, Featherstone και Bosillary προσπάθησαν να πραγματοποιήσουν μία προσημείωση της θερμικής αντίδρασης της αδαμαντίνης και της οδοντίνης χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα μετά την απορρόφηση της ακτινοβολίας από CO2 Laser στους ιστούς αυτούς. Τα αποτελέσματα της προσημείωσης δείχνουν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας εξαρτάται από την ενέργεια που εφαρμόζεται στους ιστούς αλλά και από τον χρόνο ακτινοβόλησης. Τα αποτελέσματα αυτά είναι σε γενική συμφωνία με τα αποτελέσματα της δικής μας μελέτης παρ όλο που έχουν χρησιμοποιηθεί διαφορετικά Laser με διαφορετικές παραμέτρους σε διαφορετικούς ιστούς με διαφορετικά οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά. Τον ίδια χρόνο (1995) οι Wilder-Smith, Arrastia, Liaw, Berns, ερεύνησαν τις θερμικές και ιστολογικές αλλαγές που συμβαίνουν στους μαλακούς ιστούς με την ακτινοβόλησή τους με δύο διαφορετικά CO2 Laser ( 9300nm και 10600nm). Η μελέτη τους έδειξε ότι οι θερμικές και ιστολογικές αλλαγές είναι εξαρτώμενες από τις παραμέτρους αλλά και τα χαρακτηριστικά εκπομπής της ακτίνας και όχι τόσο από το μήκος κύματος. Οι Takashi, Wilder-Smith, Arrastia, Liaw και Berns, το 1995, ερεύνησαν της θερμικές αλλαγές που συμβαίνουν στην επιφάνεια τις ρίζας κατά την ακτινοβόληση του ριζικού σωλήνα με KTP Laser. Τα αποτελέσματα της μελέτης τους έδειξαν ότι η θερμοκρασία δεν αυξήθηκε ποτέ πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία (47 C) για την δημιουργία θερμικού τραύματος στους περιοδοντικούς ιστούς. 69

70 Το 1996 η εργασία των Venugopalan, Nishioka και Mikic προσπαθεί να μελετήσει και να εξηγήσει την θερμοδυναμική αντίδραση των μαλακών ιστών σε παλμικά Er:YAG και CO2 Laser χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα της βιοφυσικής επιστήμης. Το 1996 επίσης οι Cohen, Deutsch και Musikant ερεύνησαν το θερμικό αποτέλεσμα στην επιφάνεια της ρίζας κατά την χρήση Ho:YAG Laser για την διεύρυνση του ριζικού σωλήνα με διαφορετικές παραμέτρους ισχύος. Η αύξηση της θερμοκρασίας ήταν πάντα μικρότερη από 5 C, πολύ χαμηλότερα από το κρίσιμο σημείο για θερμικό τραύμα στους περιοδοντικούς ιστούς (47 C). Τον ίδιο χρόνο (1996) οι Visuri, Walsh και Wigdor ερεύνησαν το αποτέλεσμα της ψύξης με σπρέι νερού κατά την ακτινοβόληση με Er:YAG Laser των οδοντικών ιστών. Η αύξηση της θερμοκρασίας οι οποία μετρήθηκε στον πολφό δεν αυξήθηκε ποτέ πάνω από τους 3 C, αύξηση κατά πολύ μικρότερη από το κρίσιμο σημείο των 47 C για την πραγματοποίηση του θερμικού τραύματος. Το 1997 οι Perry, Goodis και White ερεύνησαν τα αποτελέσματα της ακτινοβολίας του Nd:YAG Laser κατά την χειρουργική τον μαλακών στοματικών ιστών σε βοοειδή χρησιμοποιώντας διαφορετικές παραμέτρους ισχύος, συχνότητας παλμών και διαφορετικής διαμέτρου οπτικές ίνες και βρήκαν ότι η θερμοκρασιακή αύξηση στο οστό ήταν ανάλογη της αύξησης της ισχύος της ακτίνας του Laser. Παρατήρησαν ότι αν αύξαναν την ισχύ σε τιμή μεγαλύτερη των 5 Watt δεν υπήρχε αντίστοιχη αύξηση στην ταχύτητα ή στο εύρος της κοπής αλλά ταχύτατη αύξηση της θερμοκρασίας στον μυελό του γειτονικού οστού αυξάνοντας αντίστοιχα το ρίσκο για θερμικό τραύμα, κάτι που συμβαδίζει με τις δικές μας παρατηρήσεις σε αυτή την μελέτη. Το 1997 οι Ramsköld, Fong και Strömberg ερεύνησαν την θερμική αύξηση στην εξωτερική επιφάνεια της ρίζας και το αντιβακτηριδιακό αποτέλεσμα κατά την αποστείρωση του ριζικού σωλήνα με Nd:YAG Laser. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας στην εξωτερική επιφάνεια της ρίζας ποτέ δεν ήταν μεγαλύτερη των 6.1 C, αρκετά χαμηλότερα από τους 47 C που είναι το κρίσιμο σημείο για την δημιουργία θερμικού τραύματος στο οστό. Επίσης το 1997 οι Wilder-Smith, Dang και Kurasaki, ερεύνησαν τα θερμικά αποτελέσματα του Laser CO2 κατά την τομή μαλακών ιστών. Όσο μεγαλύτερη ήταν η ισχύς τόσο και μεγαλύτερο το βάθος του θερμικού τραύματος. Η θερμική επιρροή κατά την κάθετη αλλά και οριζόντια διάσταση της τομής εξαρτάται από την αλληλοεπίδραση των διαφόρων παραμέτρων της ακτίνας Laser. Το 1998 οι Farge, Nahas και Bonin, μελέτησαν την αύξηση της θερμοκρασίας κατά την επανάληψη της ενδοδοντικής θεραπείας με Nd:YAP Laser. Η θερμοκρασία στην εξωτερική επιφάνεια της ρίζας δεν αυξήθηκε ποτέ περισσότερο από 6.6 C. Τον ίδιο χρόνο (1998) οι Levy, Koubi και Miserendino, μελέτησαν την αποτελεσματικότητα ενός ErCr:YSGG Laser κατά την αφαίρεση οδοντικών ιστών. Η προσεκτική εξέταση της επιφάνειας των δοντιών κάτω από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο φανέρωσε μόνο ελάχιστες θερμικές αλλοιώσεις. 70

71 Επίσης το 1998 οι Rizoiu, Kohanghadosh, Kimmel και Eversole, μελέτησαν την θερμική αντίδραση του πολφού κατά την παρασκευή κοιλότητας στην επιφάνεια του δοντιού με ένα ErCr:YSGG Laser. Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας έδειξαν ότι είτε δεν υπήρχε καμία αλλαγή ή ότι υπήρξε μία μείωση της θερμοκρασίας κατά 2 C. Το 1999 οι Goharkhay, Moritz και άλλοι μελέτησαν τα αποτελέσματα που παράγονται από την δράση ενός διοδικού Laser 810 nm στους μαλακούς ιστούς της στοματικής κοιλότητας. Κατά την μακροοπτική εξέταση των τομών δεν ήταν δυνατόν να παρατηρηθεί κάποιο θερμικό τραύμα στους ιστούς που περιέβαλαν την τομή αλλά ούτε και στο πλησιέστερο τμήμα του οστού. Κατά την ιστολογική εξέταση παρατηρήθηκε μία ζώνη θερμικού τραύματος γύρω από την τομή με μέσο κάθετο εύρος 22,5-85,3 μm και μέσο οριζόντιο εύρος 28,3-98 μm. Τον ίδιο χρόνο (1999) οι Chen, Jeng, Lin, Wu και Lan, εξέτασαν της θερμικές αλλαγές στην οδοντίνη κατά την ακτινοβόληση αυτής με Laser CO2. Οι μετρήσεις τους έδειξαν ότι η μέγιστη αύξηση της θερμοκρασίας δεν ξεπέρασε τους 7.5 C. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων των θερμοκρασιακών αλλαγών δείχνουν μια αρκετά ανεκτή αύξηση της θερμοκρασίας στον πολφό που μπορεί να αποτρέψει ένα μη αναστρέψιμο θερμικό τραύμα σε αυτόν. Το 2000 οι Türkmen, Günday, Karaçorlu και Başaran, ερεύνησαν το αποτέλεσμα της ακτινοβόλησης των CO2, Nd:YAG και ArF Excimer Laser στην μορφολογία της επιφάνειας της οδοντίνης αλλά και την αύξηση της θερμοκρασίας στον ριζικό σωλήνα. Η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας ήταν για το CO2 Laser 37 C, για το Nd:YAG Laser 28 C και για το ArF Excimer Laser 1 C. Επίσης το 2000 οι Armengol, Jean και Marion, ερεύνησαν την αύξηση της θερμοκρασίας σε διαφορετικά βάθη στην οδοντίνη κατά την παρασκευή κοιλότητας με Er:YAG και Nd:YAP Laser. Οι μετρήσεις τους δείχνουν ότι το Nd:YAP Laser δημιουργεί σημαντικά μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας από το Er:YAG με κίνδυνο δημιουργίας θερμικού μη αναστρέψιμου τραύματος στον πολφό. Αντίθετα η αύξηση της θερμοκρασίας από το Er:YAG Laser ήταν παρόμοια με αυτή που δημιουργεί η υψηλών ταχυτήτων χειρολαβή. Το 2001 οι Malmström, McCormack, Fried και Featherstone, ερεύνησαν την αύξηση της θερμοκρασίας στον πολφό και την μορφολογία της επιφάνειας του δοντιού κατά την ακτινοβόληση με CO2 Laser. Η αύξηση της θερμοκρασίας είχε έντονες διαφοροποιήσεις, από 0.5 C έως και 19 C, που εξαρτώνται από την απόσταση του σημείου ακτινοβόλησης από τον πολφό. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι το CO2 Laser θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα μη αναστρέψιμο θερμικό τραύμα στα βαθύτερα στρώματα της οδοντίνης και στον πολφό του δοντιού. Το ίδιο έτος (2001) οι Yamazaki, Goya, Yu, Kimura, και Matsumoto, μελέτησαν τα αποτελέσματα της ακτινοβόλησης του ριζικού σωλήνα με ErCr:YSGG. Αυτά έδειξαν ότι ή αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της ρίζας χωρίς ψύξη με σπρέι νερού ήταν 37 C ενώ με την ψύξη με το σπρέι νερού ήταν ~8 C. Τα αποτελέσματα αυτά 71

72 οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι το ErCr:YSGG Laser θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην ενδοδοντική θεραπεία χωρίς κίνδυνο θερμικού τραύματος στους περιοδοντικούς ιστούς. Το 2002 οι Ivanenko, Fahimi-Weber, Mitra, Wierich και Hering, ερεύνησαν το πάχος του θερμικού τραύματος κατά την ακτινοβόληση του οστού με Q-switch CO2 Laser. Το θερμικό τραύμα επεκτείνεται σε ένα πάχος μm στο σπογγώδες οστό. Τον ίδιο χρόνο (2002) οι Schoop, Moritz, Kluger, Patruta, Goharkhay, Sperr, Wernisch, Gattringer, Mrass, και Georgopoulos, μελέτησαν την αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της ρίζας κατά την ακτινοβόληση του ριζικού σωλήνα με Er:YAG Laser με μία υπέρυθρη κάμερα. Η θερμοκρασιακή αύξηση στην επιφάνεια ρίζας βρέθηκε να είναι 4.9 C, τιμή που βρίσκεται μέσα στα αποδεκτά όρια χωρίς την παρουσία του θερμικού τραύματος στους περιοδοντικούς ιστούς. Αντίθετα οι Folwaczny, Mehl, Jordan, και Hickel, στην έρευνά τους το 2002, έδειξαν ότι κατά την ακτινοβόληση του ριζικού σωλήνα με Nd:YAG Laser αυξάνεται η θερμοκρασία μέσα σε αυτόν με αποτέλεσμα την διάχυση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της ρίζας και την πρόκληση πιθανού θερμικού τραύματος στους περιοδοντικούς ιστούς. Το 2003 δημοσιεύθηκε η εργασία των Shina και Gallagher οι οποίοι συνέκριναν τα αποτελέσματα στη επούλωση τομών με την βοήθεια του χειρουργικού μαχαιριδίου, μαχαιριδίου υπερήχων, Laser CO2, μονοπολικού και διπολικού ηλεκτροτόμου στους μαλακούς ιστούς του στόματος ινδικών χοιριδίων. Εξετάσθηκαν διάφοροι παράμετροι όπως η αιμόσταση, η επαναεπιθηλιοποίηση των ιστών, ο βαθμός της φλεγμονής, η αύξηση του βάρους των πειραματόζωων μετά την επέμβαση κ.α. Το τελικό συμπέρασμα της εργασίας ήταν ότι το μαχαιρίδιο υπερήχων προσέφερε την πιο γρήγορη επούλωση με λιγότερη φλεγμονή σε σχέση με το Laser ή τους ηλεκτροτόμους. Την ίδια χρονιά ο Brill εξέτασε τρεις διαφορετικές τεχνικές για την πρόκληση αιμόστασης κατά την λαπαροσκοπική χειρουργική. Αυτές οι τρείς μέθοδοι ήταν: 1) Μονοπολική ηλεκτροχειρουργική. 2) Διπολική ηλεκτροχειρουργική. 3) Χειρουργική υπερήχων. Από αυτές τις τρεις ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μονοπολική ηλεκτροχειρουργική η οποία χρησιμοποιείται στην χειρουργική του στόματος και εξετάζεται στην συγκεκριμμένη εργασία. Στην εργασία του ο Brill αναφέρει ότι, κατά την μονοπολική χειρουργική, η τομή των ιστών επιτυγχάνεται όταν ένας ισχυρός ηλεκτρικός παλμός σχηματίζεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ιστού που αυξάνει την ενδοκυτταρική θερμοκρασία του ύδατος σε περισσότερο από 600 C και δημιουργεί μία απότομη εκρηκτική εξάχνωση των μορίων 72

73 του ύδατος με αποτέλεσμα την δημιουργία της τομής. Οι υψηλές τάσεις του ηλεκτρικού ρεύματος στον ηλεκτροτόμο δημιουργούν προοδευτικά ζώνες θερμικού τραύματος στις παρυφές της τομής. Παρ όλο που στην συγκεκριμένη μελέτη του Brill αναφέρεται ότι κατά την ηλεκτροχειρουργική σχηματίζονται ζώνες θερμικού τραύματος δεν δίνονται στοιχεία για την αύξηση της θερμοκρασίας σε αυτές. Το ίδιο έτος (2003) οι Frenzen, Götz, Ivanenko, Afilal, Werner και Hering, εξέτασαν ιστολογικά τομές που έγιναν σε οστό με CO2 Laser. Σε αυτές τις ιστολογικές εξετάσεις βρέθηκε ότι μόνο μία πολύ μικρή ζώνη θερμικού τραύματος υπήρχε στις τομές που έγιναν με το CO2 Laser. Το μικρό θερμικό τραύμα πιθανόν οφείλεται στην ψύξη του ιστού μέσω του σπρέι νερού που εφαρμόσθηκε στην συγκεκριμένη μελέτη. Επίσης το 2003 οι Rdaelli, Zezell, Cai, Antunes και Gouw-Soares, ερεύνησαν την αύξηση της θερμοκρασίας στο ακρορρίζιο κατά την αποστείρωση του ριζικού σωλήνα με ένα διοδικό Laser 830nm. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι η μέγιστη αύξηση της θερμοκρασίας ήταν ~7.45 C, αρκετά κάτω από το όριο του θερμικού τραύματος (47 C). Το 2005 οι Zmuda, Ignatowicz, Dabrowski και Dulski εξέτασαν την αύξηση της θερμοκρασίας σε περιοδοντικούς ασθενείς κατά την διάρκεια της περιοδοντικής θεραπείας με Nd:YAG Laser, χρησιμοποιώντας ως μέσον καταγραφής της θερμοκρασίας στον περιοδοντικό θύλακα μία υπέρυθρη κάμερα. Με την μέθοδο αυτή ήταν δυνατόν να καταγραφούν οι θερμοκρασιακές διαφορές στην εξωτερική επιφάνεια των ουλικών ιστών σε πραγματικό χρόνο. Στην έρευνά τους βρήκαν ότι η θερμοκρασία στην εξωτερική επιφάνεια των ουλικών ιστών ανέβηκε μέχρι τους 50 C χωρίς να δημιουργήσει κάποιο θερμικό τραύμα στην εξωτερική επιφάνεια των ούλων και ότι κάλυπτε μόνο το 6% της επιφάνειας εργασίας. Τον ίδιο χρόνο οι Aksan, McGrath και Nielubowicz, δημοσίευσαν την εργασία τους όπου προσπαθούν μέσω ενός περίπλοκου μαθηματικού μοντέλου να επιτύχουν την πρόβλεψη του θερμικού τραύματος στον ιστό του κολλαγόνου. Και πάλι το 2005 οι Khan, Sink, Manstein, Eimerl και Andersson προσπάθησαν να οπτικοποιήσουν την δημιουργία του θερμικού τραύματος σε βαθύτερα στρώματα ιστών που έχουν ακτινοβοληθεί με διάφορα είδη Laser. Τα Laser αυτά είχαν εστιασμένες τις ακτίνες τους στα βαθύτερα στρώματα των ιστών με σκοπό να διαπεράσουν τους επιφανειακούς ιστούς και να επικεντρώσουν την δράση τους στα βαθύτερα στρώματα αυτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βάθος του θερμικού τραύματος μειώνεται με την μείωση της παλμικής ενέργειας του Laser και ότι το μέγεθος και η θέση του θερμικού τραύματος εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, την εστίαση αυτής, την ενέργεια, την διάρκεια του παλμού (χρόνος), τα οπτικά χαρακτηριστικά του ιστού, το αρχικό θερμικό προφίλ του ιστού και την ψύξη του ιστού. Το 2006 οι Crochet, Gnyawali, Chen Y, Lemley, Wang και Chen W δημοσίευσαν μία εργασία με σκοπό την μελέτη της θερμοκρασιακής διανομής με την επιλεκτική αντίδραση των ιστών στην ακτινοβολία των Laser. Ήταν μία έρευνα η οποία 73

74 προσπάθησε χρησιμοποιώντας περίπλοκα μαθηματικά μοντέλα (Μοντέλο του Μόντε Κάρλο και τον αλγόριθμο πεπερασμένης διαφοροποίησης) να μελετήσει την απορρόφηση των ακτίνων Laser σε ιστούς με διαφορετικά οπτικά χαρακτηριστικά αλλά και να προβλέψει θεωρητικά την επιλεκτική αύξηση της θερμοκρασίας στον ακτινοβολημένο ιστό με έναν αλγόριθμο ειδικά σχεδιασμένο για αυτόν τον σκοπό. Με την έρευνα αυτή έγινε προσπάθεια να βρεθεί ένας τρόπος να καταστρέφονται επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να υπάρχει διάσπαση και καταστροφή των πρωτεϊνών. Η διατήρηση των πρωτεϊνών βοηθά στην αναγνώριση των καρκινικών όγκων ως ξένα σώματα στα οποία η άμυνα του οργανισμού επιτίθεται μαζικά και τα καταστρέφει. Την ίδια χρονιά οι Chen W, Bartels, Liu και Nordquist δημοσίευσαν μία μελέτη όπου ερευνούσαν το φωτοθερμικό αποτέλεσμα ενός Ho:YAG (212 nm) Laser στο δέρμα, το θερμικό τραύμα που αυτό επιφέρει και την επούλωση του ιστού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το θερμικό τραύμα στους ιστούς μπορεί να περιοριστεί καθώς αυτό είναι ανάλογο της ροής της ενέργειας αλλά και της πυκνότητας της ισχύος της ακτίνας Laser. Ακόμη οι παράμετροι λειτουργίας του Laser καθορίζουν το μέγεθος της ζώνης του μη αναστρέψιμου θερμικού τραύματος όπως και το μέγεθος της ζώνης του αναστρέψιμου θερμικού τραύματος που είναι μεταξύ τους αντιστρόφως ανάλογο και τελικά την ταχύτητα της επούλωσης. Το 2007 οι Zhou J, Chen J και Zhang Y, όπως και ο Cox B, στις αντίστοιχες δύο εργασίες τους προσπαθούν να προσεγγίσουν με θεωρητική ανάλυση και να εξηγήσουν με περίπλοκα μαθηματικά μοντέλα, την αντίδραση των ιστών στην ακτινοβολία του Laser καθώς και να προβλέψουν με μαθηματικό τρόπο το μέγεθος του θερμικού τραύματος. Το ίδιο έτος οι D Arcangelo C, Di Nardo Di Maio F, Prosperi G D, Conte Eu, Baldi M, Caputi S, συνέκριναν την επούλωση των ιστών σε ποντίκια μετά την τομή με την χρήση χειρουργικού μαχαιριδίου και Diode 808 nm Laser. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι το διοδικό Laser δημιουργεί πολύ πιο έντονες αλλαγές στους ιστούς, λόγω της δημιουργίας θερμικού τραύματος, σε σχέση με το χειρουργικό μαχαιρίδιο. Η επούλωση έδειξε πολύ πιο έντονη φλεγμονώδη αντίδραση στο αρχικό στάδιο από το απλό μαχαιρίδιο. Το 2008 οι Matsumoto, Suzuki, Usami, Hattori και Komori, στην έρευνά τους εξέτασαν τα ευρήματα που δημιουργήθηκαν σε ιστούς γλώσσας από την χρήση CO2 Laser και ηλεκτροτόμου. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι το Laser CO2 σε συνεχή εκπομπή κύματος και ο ηλεκτροτόμος δημιουργούν παρόμοιο θερμικό τραύμα στους ιστούς ενώ το Laser CO2 όταν χρησιμοποιηθεί με παλμική εκπομπή κύματος εμφανίζει πολύ μικρότερο θερμικό τραύμα σε σχέση με τον ηλεκτρόμο. Όπως έχει αναφερθεί νωρίτερα αλλά και όπως βλέπουμε μελετώντας την βιβλιογραφία υπάρχουν αρκετές έρευνες από βιοφυσικούς πάνω στα οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά των ιστών αλλά και της ανάδρασης αυτών με την 74

75 ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι βιοφυσικοί προσπάθησαν, χρησιμοποιώντας περίπλοκα μαθηματικά και στατιστικά μοντέλα αλλά και διαφόρους αλγόριθμους, να εξηγήσουν την μεταφορά και την αποθήκευση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φως, ηλεκτρισμός) στους ιστούς, όπως και να προβλέψουν την αύξηση και την μεταφορά της θερμότητας μέσα στους ιστούς από την ανάδραση αυτών με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η αύξηση της θερμοκρασίας στους ιστούς είναι μια πολύ βασική παράμετρος στην οποία θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη σημασία όταν σε χειρουργικές επεμβάσεις χρησιμοποιείται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία πχ. Laser, Ηλεκτροτόμος. Όπως επισημαίνεται από τους Eriksson A. R., Albrektsson T. το 1983, αν η θερμοκρασία του οστού υπερβεί τους 47ºC για χρόνο μεγαλύτερο του ενός (1min.) λεπτού τότε εμφανίζονται νεκρώσεις στον οστικό ιστό. Νεκρώσεις του οστικού ιστού κατά την διάρκεια μιας οδοντιατρικής θεραπείας πρέπει να αποφεύγονται γιατί αυτό σημαίνει επιπλοκές και πιθανή αποτυχία της θεραπείας. Τα ευρήματά τους δείχνουν ότι κατά την αύξηση της θερμοκρασίας είχαμε άμεσα αλλά και μακροχρόνια αποτελέσματα. Κατά την υπερθέρμανση των ιστών από τους 40ºC στους 41ºC παρουσιαζόταν μία έντονη υπεραιμία με διαστολή των μικρών φλεβών και αρτηριών. Όταν η θερμοκρασία ανέβαινε στους 50ºC η διεύθυνση της κυκλοφορίας του αίματος άλλαζε αλλά και σταματούσε σε μερικά σημεία. Μία ώρα μετά την υπερθέρμανση των ιστών η κυκλοφορία είχε επανέλθει στην φυσιολογική κατάσταση χωρίς άμεσες εμφανείς επιπτώσεις στους ιστούς. Παρόλα αυτά οι μακροχρόνιες αλλαγές στους ιστούς και στο οστό ήταν πιο έκδηλες και σημαντικές. Στην μικροκυκλοφορία του αίματος παρατηρήθηκε μία ελαφρά αύξηση της ροής του αίματος 4-5 ημέρες μετά την υπερθέρμανση και οι φλέβες και αρτηρίες όπου η κυκλοφορία του αίματος είχε σταματήσει, εξαφανίστηκαν. Μετά από ημέρες η κυκλοφορία είχε επανέλθει στο φυσιολογικό με μικρές αλλαγές στην κατεύθυνση των αρτηριών και των φλεβών. Τα κύτταρα λίπους άρχισαν να απορροφούνται δύο ημέρες μετά την υπερθέρμανση και η μεγίστη απορρόφηση αυτών έγινε εμφανής μετά από δύο εβδομάδες. Κατά την διάρκεια της απορρόφησης των κυττάρων του λίπους, οστό τό οποίο ήταν κρυμμένο κάτω από αυτά τα κύτταρα άρχισε να εμφανίζεται. Στις τρείς εβδομάδες συνέβη μία επανεμφάνιση κυττάρων λίπους περιφερειακά του σημείου της υπερθέρμανσης συγχρόνως με απορρόφηση της μάζας του οστού. Σιγά-σιγά το οστό αντικαθίστατο από κύτταρα λιπώδους ιστού. Τις πρώτες δύο εβδομάδες δεν υπήρξε κάποια ένδειξη καταστροφής του οστού ενώ τα πρώτα σημάδια της καταστροφής αυτής έγιναν ορατά κατά την τρίτη εβδομάδα. Μετά από ημέρες περίπου το 30% της μάζας του οστού που είχε υπερθερμανθεί είχει απορροφηθεί και προοδευτικά αντικατασταθεί από κύτταρα λιπώδους ιστού. Στα πειράματα όπου η υπερθέρμανση του οστού έγινε μέχρι την θερμοκρασία των 47ºC για 5min. παρατηρήθηκαν οι ίδιες άμεσες αλλαγές όπως και στα πειράματα με την υπερθέρμανση του οστού στους 50ºC χωρίς όμως να παρατηρηθούν αλλαγές 75

76 στην διεύθυνση της ροής του αίματος αλλά και ούτε διακοπή αυτής. Επίσης τα μακροχρόνια αποτελέσματα στην κυκλοφορία του αίματος αλλά και πάνω στα κύτταρα του λίπους όπως και στην οστική μάζα ήταν παρόμοια όπως και στην περίπτωση της υπερθέρμανσης του οστού στους 50ºC με μοναδική διαφορά την οστεογένεση σε ελάχιστες περιπτώσεις σε λίγα σημεία του οστού. Στα πειράματα όπου η υπερθέρμανση του οστού ήταν 47ºC για ένα (1min.) μόνον λεπτό τα άμεσα αποτελέσματα δεν διέφεραν από τις περιπτώσεις όπου η υπερθέρμανση στο οστό ήταν 47ºC για 5min. Ενώ αντιθέτως τα μακροχρόνια αποτελέσματα στην κυκλοφορία του αίματος, στα κύτταρα λίπους και στην μάζα του οστού ήταν πολύ διαφορετικά από τα προηγούμενα πειράματα. Δεν υπήρξε καμμία αλλαγή στην κυκλοφορία του αίματος, η απορρόφηση των κυττάρων λίπους ήταν πολύ πιο αργή και δεν υπήρξε αντικατάσταση του οστού από κύτταρα λίπους. Αν και στα περισσότερα πειράματα δεν παρατηρήθηκε απορρόφηση του οστού, σε δύο από αυτά παρατηρήθηκε απορρόφηση 10% από την αρχική ποσότητα του οστού, πολύ μικρότερη από τα προηγούμενα πειράματα. Τελικώς εξετάζοντας όλα τα αποτελέσματα των πειραμάτων με την υπερθέρμανση του οστού στους 47ºC για 1min η οποιαδήποτε αντίδραση του οστού στην υπερθέρμανση ήταν παρόμοια με την φυσιολογική αναδιαμόρφωση του οστικού ιστού. Το τελικό συμπέρασμα από την παραπάνω ερευνητική εργασία των Eriksson A. R., Abrektsson T. το 1983, είναι ότι η υπερθέρμανση του οστού σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες ή ίσες ( ) των 47ºC για περισσότερο (>) από 1min δημιουργούν θερμικό τραύμα στο οστό και έτσι το θερμικό όριο για θερμικό τραύμα στον οστικό ιστό μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ίσο με 47ºC για 1min. (1983) Για να μπορούμε να διαλέγουμε το κατάλληλο εργαλείο για την κάθε συγκεκριμένη επέμβαση αλλά και τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το εργαλείο αυτό χωρίς το ρίσκο να επιβαρύνουμε τους ιστούς με επιπλέον τραύμα θα πρέπει όχι μόνο να γνωρίζουμε την θεωρητική προσέγγιση των χαρακτηριστικών (οπτικών-θερμικών), και την ανάδραση των ιστών αυτών στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλλά και να υπολογίζουμε όσο το δυνατόν με πιο απλό τρόπο τις παραμέτρους που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ώστε να επιτύχουμε την όσο δυνατόν καλύτερη πρόγνωση στην θεραπεία μας με όσο το δυνατόν λιγότερες επιπλοκές. Προσπαθώντας λοιπόν να κατανοήσουμε την λειτουργία αλλά και τα αποτελέσματα των Laser και του ηλεκτροτόμου στους ιστούς με τον πιο απλό τρόπο και αποφεύγοντας τα περίπλοκα θεωρητικά μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούν οι βιοφυσικοί ανατρέξαμε στην οδοντιατρική βιβλιογραφία για να δούμε τον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουν διάφοροι ερευνητές το πρόβλημα της αύξησης της θερμοκρασίας και τα ευρήματά τους. Ευρήματα που με την σειρά τους μπορούν να καθορίσουν τις παραμέτρους που θα χρησιμοποιήσουμε για την επιτυχία της θεραπείας μας με τις λιγότερες επιπλοκές. 76

77 Έτσι ανατρέχοντας στην βιβλιογραφία είδαμε ότι το πρόβλημα της αύξησης της θερμοκρασίας δεν έχει μελετηθεί αρκετά. Οι έρευνες είναι πολύ λίγες στους διαφόρους τομείς της οδοντιατρικής με τις περισσότερες στον τομέα της ενδοντολογίας. Ιδιαίτερα κατά την χρήση των Laser, ενώ στον τομέα της ενδοντολογίας γίνεται προσπάθεια να ερευνηθεί η αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της ρίζας και στους περιοδοντικούς ιστούς, δηλαδή ερευνούν την μεταφορά της ενέργειας από έναν τύπου ιστό σε άλλον, αντίθετα στις υπόλοιπες έρευνες όπως στην στοματική χειρουργική ερευνούν κυρίως την αύξηση της θερμοκρασίας στην εστία δράσης του Laser και όχι την μεταφορά της θερμικής ενέργειας σε βαθύτερα στρώματα και στο υποκείμενο οστό. Για να έχουμε κάποιο οδηγό στην μελέτη μας αναγκαστήκαμε να ανατρέξουμε κυρίως στις μελέτες που προσπαθούν να εξετάσουν την αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια τις ρίζας και στους περιοδοντικούς ιστούς κατά την διάρκεια της ενδοδοντικής θεραπείας με την βοήθεια των Laser (Gutknecht N. 1999, Gutknecht N. Franzen R. Meister J. 2005, Namour S. Kowaly K. Powel G. Van Reck J. Rocca J. P. 2004, Manos A. Gutknecht N. 2009). Ακολουθώντας κάποιες από τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτές τις μελέτες για την μέτρηση των θερμοκρασιών στην εξωτερική επιφάνεια της ρίζας (π.χ. θερμοστοιχεία) εφαρμόσαμε αυτές στην παρούσα μελέτη για την μέτρηση της αύξησης της θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό κατά την διάρκεια της χαλινεκτομής. Στις μετρήσεις της παρούσας μελέτης βρέθηκε σε γενικές γραμμές ότι ο ηλεκτροτόμος έδωσε σημαντικά υψηλότερες τιμές στην αύξηση της θερμοκρασίας στον υποπεριοστικό οστικό ιστό ακολουθούμενος από το Laser συνεχούς κύματος (CW, 5 Watt). Το συμπέρασμα αυτό φαίνεται ξεκάθαρα από την στατιστική μελέτη και το γράφημα (1) όπως και από την διαφορά των μέγιστων θερμοκρασιών μεταξύ όλων των τύπων εκπομπής του Laser και του ηλεκτροτόμου. Ανατρέχοντας στις διαπιστώσεις των Sardar, Zapata, Howard το 1993, Khan, Sink, Manstein, Eimert, Andersson το 2005 και Chen W., Bartels, Liu, Nordquist το 2006, παρατηρούμε ότι το θερμικό τραύμα εξαρτάται ή είναι ανάλογο της ενέργειας, της ροής της ενέργειας, της ισχύος και της πυκνότητας αυτής, του χρόνου του παλμού, του ολικού χρόνου ακτινοβόλησης, της απορρόφησης, της διείσδυσης, και της διάχυσης της ακτινοβολίας. Οι διαπιστώσεις αυτές επιβεβαιώνονται και με τα αποτελέσματα της δικής μας μελέτης. Προσπαθώντας να δούμε πώς αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνονται θα χρησιμοποιήσουμε τον μαθηματικό τύπο με τον οποίο εκφράζεται η ενέργεια (Gutknecht 1999, Moritz 2006) και η οποία είναι ίση με το γινόμενο της ισχύος επί τον χρόνο ακτινοβόλησης. Ε = W t(sec). 77

78 Πρέπει να τονισθεί ότι στον διακεκομμένο τύπο εκπομπής κύματος, ο ακριβής χρόνος ακτινοβόλησης είναι όχι ο χρόνος που έχει μετρηθεί για κάθε τιμή ισχύος αλλά το ήμισυ αυτού (t/2) διότι κατά τον διακεκομμένο τύπο κύματος η εκπομπή αυτού πραγματοποιείτο μόνο κατά 10msec ενώ για 10msec υπήρχε παύση εκπομπής κύματος. Το αποτέλεσμα είναι η ολική εκπομπή κύματος να γίνεται για μόνο 50msec κάθε δευτερόλεπτο (100msec = 1sec). Έτσι η μέση ενέργεια για τον διακεκομμένο τύπο Laser με βάση τον προηγούμενο τύπο είναι: Με την εφαρμογή του συγκεκριμένου τύπου μπορούμε να υπολογίσουμε την μέση ενέργεια που χρησιμοποιήθηκε για κάθε χαλινεκτομή και η οποία απεικονίζεται στον πίνακα (22). Βλέπουμε ξεκάθαρα ότι για την χαλινεκτομή με τον ηλεκτροτόμο και το Laser συνεχούς εκπομπής κύματος είχαμε σημαντικά μεγαλύτερη εναπόθεση ισχύος στους ιστούς η οποία είναι έντονα συνδεδεμένη με την ισχύ που χρησιμοποιήθηκε αλλά και τον ολικό χρόνο ακτινοβόλησης των ιστών. Επίσης μέσω των γραφημάτων (10) και (11) γίνεται φανερή η άμεση, αν και όχι αναλογική σχέση, της μέσης μέγιστης θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό με την ενέργεια που εφαρμόστηκε για την δημιουργία της χαλινεκτομής στους μαλακούς ιστούς. Αν και είναι φανερό ότι όσο περισσότερη ενέργεια εφαρμόζεται στους μαλακούς ιστούς τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση της θερμοκρασίας στο οστό, είναι επίσης φανερό ότι η αύξηση της θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό δεν είναι ανάλογα υψηλή με την αύξηση της ενέργειας στην επιφάνεια των μαλακών ιστών (π.χ. ηλεκτροτόμος) αλλά αντίθετα η εφαρμοσμένη ενέργεια είναι πολλαπλά υψηλότερη από ό,τι η αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό είναι αναμενόμενο διότι με βάση την μελέτη των Svaasand, Boerslid, Oeveraasen το 1985, το θερμικό τραύμα στους ιστούς εξαρτάται και από τα οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά των ιστών αυτών. Γνωρίζοντας ότι οι ιστοί αλλάζουν συνεχώς την σύστασή τους κατά την διάρκεια της ακτινοβόλησής τους αλλάζουν και τα οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά τους δημιουργώντας ένα δυναμικό φαινόμενο. Για να μπορέσουμε με ακρίβεια να δούμε την σχέση της εφαρμοσμένης ενέργειας με την αύξηση της θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό θα πρέπει να υπολογιστεί η απορρόφηση, η διάχυση και η διείσδυση της ακτινοβολίας όπως και η θερμική αγωγιμότητα, η ειδική θερμότητα, η διάχυση της θερμότητας και η επαγωγή αυτής. Το 1997 οι Perry, Goodis και White ανέφεραν ότι σε ισχύ μεγαλύτερη των 5 Watt κατά την τομή μαλακών ιστών δεν αυξήθηκε ανάλογα με την αύξηση της θερμοκρασίας και η ταχύτητα κοπής αλλά αυξήθηκε μόνο η θερμοκρασία στο γειτονικό μυελό του οστού αυξάνοντας αντίστοιχα το ρίσκο για θερμικό τραύμα. Παρόμοιο αποτέλεσμα του χρόνου που απαιτήθηκε για την χαλινεκτομή (χρόνος ακτινοβόλησης) με το Laser βρίσκουμε και στις δικές μας μετρήσεις. Ο χρόνος αυτός στις παραμέτρους ισχύος στα 3, 4 και 5 Watt συνεχούς κύματος είναι μικρότερος από αυτόν του ηλεκτροτόμου με ισχύ 25 Watt όπου κατά την χρήση αυτού αυξάνεται 78

79 αντίστοιχα η θερμοκρασία στο υποπεριοστικό οστό σε σημαντικά ανάλογα υψηλή τιμή. (πίνακας, 24) Επειδή και οι δύο μέθοδοι της χαλινεκτομής βασίζονται στην απορρόφηση και διάχυση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αυξάνοντας την ισχύ, και συνεπώς την εφαρμοσμένη ενέργεια, δεν μειώνεται ο χρόνος τομής αλλά αυξάνεται η θερμοκρασία στους ιστούς με κίνδυνο δημιουργίας νεκρώσεων σε βαθύτερα στρώματα. Κατά την χαλινεκτομή με το Laser διακεκομμένου τύπου κύματος έχουμε χρόνο ακτινοβόλησης (ή χρόνο τομής των ιστών) στα 4 και 5 Watt παρόμοιο με του ηλεκτροτόμου ενώ στα 3 Watt ο χρόνος τομής είναι ελαφρά μεγαλύτερος. Αυτό συμβαίνει διότι κατά την χρήση του Laser διακεκομμένου κύματος η εφαρμοζόμενη ισχύς στους ιστούς, άρα και η ενέργεια, είναι μικρότερη κατά το ήμισυ από αυτή που εφαρμόζεται από το Laser συνεχούς κύματος με αποτέλεσμα να χρειάζεται περισσότερος χρόνος ακτινοβόλησης για να υπάρχει το ίδιο αποτέλεσμα. Τα χρονικά χαρακτηριστικά του διακεκομμένου τρόπου εκπομπής του κύματος Laser, δηλαδή ο χρόνος εκπομπής του παλμού αλλά και της διακοπής (relaxation time) αυτού πριν τον επόμενο καθορίζει τον χρόνο ακτινοβόλησης και το μέγεθος της αύξησης της θερμοκρασίας. Με βάση την φυσική επιστήμη ορίζεται ως κύκλος λειτουργίας του διακεκομμένου τύπου Laser (duty cycle) το κλάσμα μεταξύ του χρόνου του παλμού διά του ολικού χρόνου της περιόδου λειτουργίας του Laser. Ως περίοδος λειτουργίας του Laser ορίζεται το άθροισμα του χρόνου εκπομπής του παλμού και του χρόνου διακοπής αυτού.(gutknecht et al. 2007). Κύκλος λειτουργίας = διάρκεια παλμού (τ)/(τ) περίοδος του παλμού του Laser Γνωρίζοντας τον προηγούμενο τύπο μπορούμε να υπολογίσουμε ότι όσο πιο κοντά στην μονάδα (1) ή στο (100%) βρίσκεται το κλάσμα τόσο μεγαλύτερη απόδοση ενέργειας θα υπάρχει στους ιστούς και βεβαίως η αύξηση της θερμοκρασίας θα είναι μεγαλύτερη. Όταν το κλάσμα μικραίνει τότε ο χρόνος διακοπής (relaxation time) γίνεται μεγαλύτερος και η ενέργεια που εφαρμόζεται στους ιστούς μικρότερη στην μονάδα του χρόνου με αποτέλεσμα την μικρότερη αύξηση της θερμοκρασίας και την αύξηση του χρόνου ακτινοβόλησης. Έτσι δικαιολογείται ο αυξημένος χρόνος ακτινοβόλησης με το Laser διακεκομμένου τύπου κύματος και η μικρότερη αύξηση της θερμοκρασίας σε σχέση με το Laser συνεχούς κύματος. Για να μπορέσουμε να απεικονίσουμε καλύτερα την αύξηση της θερμοκρασίας στους ιστούς (μαλακούς και σκληρούς) κατά την χαλινεκτομή, ελήφθησαν υπέρυθρες φωτογραφίες όπως η επόμενη φωτογραφία (6). 79

80 A.M A.M (Φωτ. 6) Υπέρυθρη απεκόνιση της αύξησης της θερμοκρασίας στους ιστούς κατά την χαλινεκτομή. Στην άνω υπέρυθρη φωτογραφία (6) βλέπουμε την αύξηση της θερμοκρασίας στους μαλακούς και σκληρούς ιστούς. Είναι φανερή η μεγάλη διάχυση της θερμότητας μέσα στους μαλακούς ιστούς λόγω της καλής θερμικής αγωγιμότητας αυτών και αντίστοιχα της μικρής διάχυσης της θερμοκρασίας στο υποπεριοστικό οστό λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας αυτού. Η διαφορά αυτή στην αγωγιμότητα των ιστών είναι μια επαρκής και ικανή εξήγηση του φαινομένου της διαφορετικής διάχυσης της θερμοκρασίας στους διαφορετικούς ιστούς η οποία βασίζεται στις αρχές τις φυσικής επιστήμης και με τον όρο ότι το φαινόμενο αυτό είναι στατικό (δηλ. κατά την διάχυση της θερμοκρασίας στούς ιστούς δεν συμβαίνουν βιοχημικές αλλαγές σε αυτούς). Εύκολα όμως μπορεί κανείς να παρατηρήσει στο εργαστήριο ή και να διαβάσει στην βιβλιογραφία ότι το φαινόμενο της δράσης των Laser και των ηλεκτροτόμων στους ιστούς δεν είναι στατικό αλλά έντονα δυναμικό. Αυτό σημαίνει ότι σημαντικές αλλαγές γίνονται στα κύτταρα του ιστού όπου εφαρμόζεται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (εξάχνωση, ανθρακοποίηση των ιστών) αλλά και σε βαθύτερα στρώματα αυτών ή γειτονικών ιστών (υπεραιμία, αλλαγές στην ροή του αίματος, διακοπή της κυκλοφορίας, αντικατάσταση των κυττάρων του οστού με κύτταρα λιπώδους ιστού). Αυτές οι αλλαγές, που οφείλονται στην δράση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και στην αύξηση της θερμοκρασίας στους ιστούς, έχουν σαν αποτέλεσμα να αλλάζουν και τα βιοφυσικά χαρακτηριστικά αυτών όπως π.χ, αλλαγή στην απορρόφηση και διείσδυση της ακτινοβολίας στην επιφάνεια και σε βαθύτερα στρώματα των ιστών αλλά και αλλαγή στην θερμική αγωγιμότητα αυτών. Η ίδια η ανατομική διάταξη των ιστών, η ιστολογική διάταξη αυτών (μαλακών ιστών, περιόστεο, οστό) αλλά και η συνεχώς μεταβαλλόμενη χημική σύσταση αυτών (ανθρακοποίηση, αλλαγή της ροής 80