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terça, 31 de março de 2020
S.Carlos no mundo da ciência e da tecnologia

Laser em oftalmologia e os trabalhos científicos que beneficiam a sociedade

22 Mar 2020 - 09h04Por Kleber Chicrala
Laser em oftalmologia e os trabalhos científicos que beneficiam a sociedade - Crédito: Divulgação Crédito: Divulgação
Lasers são os dispositivos fotônicos amplamente aplicados na área da ciência da Saúde nas últimas décadas. Com certeza é o mais importante dispositivo desenvolvido nos últimos58 anos. Desde sua descoberta nos anos 60, tem estimulado o desenvolvimentona área de Óptica, tornando-a uma das áreas que mais rapidamente cresceunos últimos tempos em ciência e tecnologia.
 
O laser pode ser definido essencialmente como um amplificador óptico. Sendo que a palavra laser é um acrônimo que vem do inglês:light amplification by the stimulated emission of radiation. A fundamentação teórica da ação laser como base para o amplificador óptico tornou-se possível, devido ao fato de Einstein ter previsto em 1916 a existência de emissão estimulada.Contudo, seu trabalho só foi compreendido em 1954, quando C. H. Townes e seus colaboradores desenvolveram o amplificador de microondas baseado na emissão estimulada da radiação, que foi denominado de maser. Em 1958, A. Schawlow e C. H. Townes adaptou o princípio domaser para luz na região visível e em 1960, T. H. Maiman construiu o primeiro dispositivo laser. O laser foi constituído de um cristal de rubi como meio ativo e cavidade óptica Fabry-Perot como ressonador, com emissão na região vermelha em 694,3 nm.
 
Mais tarde ofísicoiraniano A. Javan, W. R. BennetteD. Herriott desenvolveram o primeiro laser a gás, laser de He-Ne, que emite na região visível em 632,8 nm e na região infravermelha em 1,15 nm.
 
Nos anos seguintes foram desenvolvidos outros dispositivos lasers utilizando diferentes meios ativos lasers gerando emissão em regiões de comprimentos de onda diferentes.  Namaior parte da década de 60, o laser era visto pelo mundo da indústria e tecnologiacomo uma curiosidade científica.  Entre as décadas 60 e 70 esta concepção foi mudando, e o laser tornou-se a fonte única de luz coerente e intensa. O laser passou a ser usado em novas aplicações e juntamente com a inovação da fibra óptica e dispositivos opto-eletrônicos revolucionou a óptica e a indústria de óptica.
Tipos de Lasers aplicados em Oftlalmologia
 
Laser de diodo
 
Laser de diodo é um dispositivo semicondutor emissor de luz similar ao LED (acrônimo do inglês light-emitting diode) em que a ação laser ocorre na junção do diodo. Seu comprimento de onda é na faixa de 805-810 nm, o qual é absorvido pela melanina. A região do espectro infravermelho próximo (região invisível aos olhos humanos) é extremamente confortável para ser utilizada em tratamento oftalmológicos por não ser perceptível aos olhos do paciente. Esse laser possui boa penetração na retina e na coroide, sendo usual na técnica de fotocoagulação para tratamentos de retinopatia da prematuridade, por exemplo.
 
Nd:YAG pulsado
 
Nd:YAG (acrônimo do inglês neodymium-doped yttrium aluminium garnet) é um cristal utilizado como meio ativo em lasers de estado-sólido. Os ions Nd³+ substituem uma pequena parcela dos íons de ítrio (Y³+) na estrutura do cristal hospedeiro (YAG). São os íons de Nd que possibilitam a ação laser no cristal.  Esses lasers eram opticamente bombeados por lâmpadas de flash, e atualmente por laser de diodos, formando a classe dos lasers de estado sólido DPSS (acrônimo do inglês diode-pumped solid-state), que emitem luz com comprimento de onda de 1064 nm, região do infravermelho próximo.  
A principal aplicação do laser Nd:YAG em oftalmologia é na correção da opacificação capsular posterior, uma condição que pode ser observada após cirurgia de catarata, e também na iridotomia periférica em pacientes com glaucoma de ângulo estreito (ou glaucoma de ângulo fechado) para evitar o bloqueio da drenagem do humor aquoso nos olhos com ângulo irido-corneano estreito.
 
Laser verde
 
O laser verde é um laser DPSS que, além do meio ativo, contém também um cristal dobrador de frequência intracavidade (i.e., dentro da própria cavidade). O cristal de Nd:YAG é bombeado por um laser de diodo de 810 nm e emite em 1064 nm. Por meio do cristal dobrador de frequência, o comprimento de onda emitido pelo laser passe a ser 532 nm. Essa região verde do espectro visível é altamente absorvida pela hemoglobina e melanina no epitélio pigmentar da retina e da malha trabecular. Pode ser utilizado tanto em modo contínuo, quanto pulsado e é mais seguro em tratamentos na região da mácula devido à ausência da região do azul. 
 
Laser Amarelo
 
Laser amarelo é um laser DPSS baseado em cristais de Nd:GdVO4, Nd:GdVO4 e Nd:KGdW, emitindo em 1064 nm por meio de bombeamento por diodo laser de 810 nm. Na cavidade é introduzida um cristal dobrador de frequência do tipo KTP, LBO, BBO ou KPD, cuja função é promover a emissão em 532 nm. O cristal hospedeiro permite que ocorra o efeito self-Raman por meio dos modos vibracionais da rede cristalina, de modo que ocorre um deslocamento na emissão na região do amarelo para 586,5 nm. O laser amarelo é especificamente usado para tratamentos de terapias de fotocoagulação da retina.
 
Excimer laser
 
O termo excimer é um acrônimo derivado do inglês excited dimer. Um excimer laser usa tipicamente a combinação de um gás nobre (argônio, criptônio ou xenônio) e um gás reativo (flúor ou cloro) como meio ativo. Sob as condições apropriadas de estímulo elétrico e alta pressão, uma pseudo-molécula chamada excimer, ou no caso de haletos de gás nobres, é criada, de modo que só pode existir em um estado energizado, dando origem à luz laser no faixa ultravioleta. A emissão de uma mistura de argônio e flúor ocorre em 193 nm, e a mistura de criptônio e ?úor em 248 nm. Esses lasers emitem radiação como um trem de pulsos individuais cuja duração é tipicamente cerca de dez nanossegundos, com uma frequência de repetição de pulso selecionável de entre um e dez pulsos por segundo, e energias de pulso típicas que variam de 20 a 200 mJ.
 
A luz ultravioleta do excimer laser é bem absorvida pela matéria biológica. Em vez de queimar ou cortar material, o excimer laser adiciona energia suficiente para romper as ligações moleculares do tecido da superfície, que efetivamente se desintegra no ar de uma maneira rigidamente controlada através da ablação. Assim, os excimer lasers têm a propriedade útil de poderem remover camadas excepcionalmente finas de material superficial com quase nenhum aquecimento ou alteração no restante do material que é deixado intacto. Essas propriedades fazem excimer lasers bem adequados para cirurgias delicadas, como a cirurgia ocular LASIK. 
 
Como fontes de luz, os lasers excimer são geralmente grandes em tamanho, o que é uma desvantagem em suas aplicações médicas, embora seus tamanhos estejam diminuindo rapidamente com o desenvolvimento tecnológico contínuo. 
 
Laser Ti:Safira femtossegundo
 
O cristal de safira dopado com titânio (Ti:Safira) produz um laser na região do infravermelho próximo altamente sintonizável, com comprimento de onda em 800 e 1053 nm, cuja duração do pulso ultracurto é da ordem de 10-15 segundos e sua potência de pico extremamente alta. Dada a sua curta duração de pulso, o laser de femtossegundo tem a capacidade de fornecer energia laser com danos colaterais mínimos ao tecido adjacente. Um dano térmico provocado ao tecido vizinho na córnea é da ordem de 1 μm. A técnica de interação do tecido com o laser é conhecida como fotorruptura, um processo em que pequenos volumes de tecido são vaporizados resultando na formação de bolhas de gás de cavitação (dióxido de carbono e água).
O uso do laser de femtossegundo em cirurgias oftálmicas na última década resultou no desenvolvimento de procedimentos inovadores. Os pulsos de laser infravermelho ultracurtos podem ser aplicados com precisão e previsibilidade, com danos colaterais mínimos, tornando-o uma ferramenta ideal para cirurgias oftálmicas altamente precisas. A criação do flap na técnica de in situ keratomileusis a laser (LASIK) é o uso mais comum deste laser. Pode também ser usado para outros procedimentos de refração da córnea, transplante de córnea lamelar e de espessura total, e cirurgia de catarata.
 
Os lasers são os dispositivos amplamente utilizados em aplicações oftalmológicas. A Oftalmologia destaca-se por ter sido a primeira especialidade na Medicina a utilizar o lasercom objetivo terapêutico, bem como pelo seu acelerado e constante desenvolvimento, destaca-se também como tecnologia avançada e futurista. Assim como os computadores, os lasers estão em constante e rápida evolução, o que possibilita aplicações diagnósticas e terapêuticas cada vez mais precisas e eficazes.
As pesquisas realizadas nesta área no Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF) – Instituto de Física de São Carlos – USP beneficiam diretamente a sociedade, e inclusive criam novas tecnologias a serem aplicadas na oftalmologia e outras. 
 
Referências: Profa. Dra. Fátima Maria Mitsue Yasuoka  - CEPOF – Grupo de Óptica - IFSC –USP
Dr. André Orlandi – ICET – Universidades Paulistas - UNIP
Prof. Dr. Jarbas Castro – CEPOF – Grupo de Óptica – IFSC –USP
 
Fontes: Ms. Kleber Jorge Savio Chicrala – Adv. Jornalista/ Radialista – Grupo de Òptica – INOF –CEPOF – IFSC – USP 
 (  https://suportenlti.wixsite.com/kleberchicrala ) e Profa. Dra. Fátima Maria Mitsue Yasuoka 
 

Um dos novos conselheiros da Academia de Ciência do Vaticano indicados pelo Santo Padre Papa Francisco é o membro Brasileiro o Prof. Dr. Vanderlei Salvador Bagnato do IFSC – USP. O ProfBagnato foi eleito pelo Papa Bento XVI, a mais de oito anos e faz parte do Conselho da Academia de Ciência do Vaticano, fundada por Galileu Galilei em 1603.
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