Lasery są dziś obecne w niemal wszystkich dziedzinach działalności człowieka zaś zastosowania medyczne i kosmetyczne stanowią jeden z wyróżniających się segmentów rynku technologii laserowych. Do najbardziej znanych i najczęściej stosowanych należą lasery: CO₂ (głównie do cięcia tkanek), Nd:YAG (koagulacja i cięcie), półprzewodnikowe (biostymulacja, koagulacja, prowadzenie wiązek niewidzialnych) oraz ekscymerowe (mikro-chirurgia). Ostatnio, począwszy od 1996 roku najbardziej dynamicznie rozwijały się kosmetyczne zastosowania laserów np. laserowe wygładzanie skóry czy depilacja wyprzedzając wzrost w innych tradycyjnych dziedzinach zastosowań: w szeroko pojętej okulistyce oraz chirurgii (z angioplastyką).
    Inne ważnych trendy to wypieranie laserów argonowych przez lasery Nd:YAG i pół-przewodnikowe w okulistyce, dalsze wypieranie laserów He-Ne przez lasery półprzewodnikowe oraz szybki wzrost zastosowań laserów Er:YAG w dermatologii, stomatologii oraz okulistyce.

    Słowo laser to angielski akronim:

Przejdźmy do omówienia występujących w akronimie pojęć.

1. Światło

    Tradycyjnie laser to źródło światła - widzialnego promieniowania z dziedziny fal elektromagnetycznych (EM) zaś maser to źródło spójnego promieniowania mikro-falowego. Obecnie pojęcie lasera rozszerza się na sąsiednie zakresy fal EM: podczerwień - rejestrowana przez nasze zmysły jako fale cieplne oraz ultrafiolet - kojarzący się nam z efektami zaniku warstwy ozonowej nad biegunami. Inne znane zakresy to: fale radiowe - wykorzystywane przez nadawców programów radiowych i telewizyjnych czy rentgenowskie promieniowanie X - patrz rys.1.

Rys. 1. Zakresy widmowe fal elektromagnetycznych

    Promieniowanie widzialne lasera w swej naturze nie różni się od światła wysyłanego poprzez sławione przez poetów słońce oraz inne gwiazdy. Zbliżając się do kaloryfera czy ogniska odczuwamy "ciepło" promieniowania podczerwonego w swej naturze bliskiego promieniowaniu laserów CO₂ i półprzewodnikowych.

2. Wzmocnienie

    Laser jest źródłem (generatorem) promieniowania. Jak każdy generator przekształca on dostarczaną energię - w przypadku laserów medycznych jest to energia elektryczna - w energię fal elektromagnetycznych wykorzystując efekt wzmocnienia promieniowania w ośrodku czynnym lasera oraz sprzężenie zwrotne w postaci rezonatora - rys.2.

Rys. 2. Schemat ideowy lasera

    Efekt wzmocnienia promieniowania oraz warunkujące je zjawisko emisji wymuszonej zostały opisane przez A. Einsteina w 1917 r. a po raz pierwszy zaobserwowane w laboratorium J.P. Gordona (MASER) ponad 35 lat później.

3. Emisja wymuszona

    Ciała fizyczne charakteryzują się określoną zdolnością do emisji i absorpcji promieniowania fal EM. Procesy absorpcji i emisji (najbardziej elementarne procesy oddziaływania promieniowania i materii) towarzyszą wszelkim obiektom fizycznym przy czym ich zakres (kształt widma spektralnego) zmienia się wraz z takimi parametrami jak temperatura czy ciśnienie np. im wyższa temperatura ciała tym wyższe częstości fal (mniejsze ich długości) przeważają w emitowanym widmie. Zaobserwować to można ogrzewając igłę stalową nad palnikiem; kolor igły zmieni się od szarego (maksimum w niewidzialnej podczerwieni) poprzez różne odcienie koloru czerwonego do żółtego. Również ciało człowieka wystawione nieustannie na oddziaływanie promieniowania pochodzącego od innych obiektów absorbuje je oraz emituje własne promieniowanie. Zakres spektralny (widmo) tego promieniowania jest dość szeroki a jego maksimum, ze względu na stosunkowo niską temperaturę ciała, leży w podczerwieni. Stąd dla obserwacji ludzi pozostających w ciemności stosuje się noktowizory - urządzenia odbierające sygnały w podczerwieni, zakresie niewidzianym dla ludzkiego oka.
    Bardziej szczegółowe badanie widma promieniowania wykazałoby jego nieciągłość: widmo każdej substancji składa się z szeregu mniej lub bardziej odseparowanych linii widmowych, które wraz ze wzrostem temperatury poszerzają się i łączą w większe struktury. Omawiane linie widmowe wskazują na kwantową (nieciągłą) naturę materii. Każda z substancji chemicznych może pochłaniać (absorbować) i emitować promieniowanie o ściśle określonych częstościach - długościach fali. Odpowiadają one różnicom energii charakterystycznych dla stanów kwantowych danej substancji. W trakcie procesu absorpcji cząsteczka pochłania kwant energii promienistej oraz przechodzi z niższego (stan E₁ na rys. 3) na wyższy energetycznie poziom kwantowy (stan E₂). W trakcie procesu emisji uprzednio wzbudzona cząsteczka wysyła spontanicznie (średnio po okresie tzw. czasu życia t₂) kwant energii promienistej oraz przechodzi z wyższego (stan E₂) na niższy poziom kwantowy - stan E₁.

Rys. 3. Proces absorpcji i emisji spontanicznej

    Co się stanie z cząsteczką wzbudzoną uprzednio do stanu E₂ gdy (przed upływem czasu t₂) padnie na nią promieniowanie rezonansowe o energii kwantu E = E₂ - E₁ ? Otóż A. Einstein w 1917 r. wykazał, że cząsteczka wyemituje drugi "bliźniaczy" kwant promieniowania, a sama opuści stan wzbudzony i przeniesie się na stan E₁. Proces ten nazwano emisją wymuszoną w odróżnieniu od opisanej wyżej emisji spontanicznej - rys. 4.

Rys. 4. Proces emisji wymuszonej

    Ważną cechą procesu emisji wymuszonej jest przyrost w układzie energii promienistej. Co więcej choć w warunkach równowagi termodynamicznej procesy absorpcji i emisji spontanicznej wzajemnie się równoważą (bilans przepływu energii jest równy zero) to w układzie, w którym liczba cząstek wzbudzonych w stanie E₂ będzie większa od liczby cząstek w stanie E₁ emisja wymuszona może doprowadzić do wzmocnienia rezonansowego sygnału o energii E= E₂ - E₁. Fakt ten stanowi podstawę działania laserów.

4. Promieniowanie

    Promieniowanie generowane w wyniku emisji wymuszonej, choć w naturze tożsame z innymi rodzajami promieniowania EM, posiada jednak specyficzne cechy wyróżniające w porównaniu z promieniowaniem powstającym w wyniku procesów spontanicznych. Ogólnie można je określić jako cechy "bliźniacze" w stosunku do sygnału wymuszającego, w tym z punktu widzenia zastosowań medycznych ważne są:

- mała rozbieżność wiązki - promieniowanie lasera rozchodzi się w jednym wyznaczonym przez oś rezonatora kierunku, a średnica wiązki rośnie niezwykle powoli z odległością od okna rezonatora. Kąt rozbieżności wiązki przyjmuje wartości od ułamka miliradiana dla laserów gazowych i na ciele stałym do ułamka radiana w przypadku laserów półprzewodnikowych. Mała rozbieżność wiązki umożliwia przesyłanie jej na duże odległości a także silne skupianie za pomocą układów optycznych. Osiągane gęstości mocy 10² do 10⁶ MW/cm² umożliwiają jonizację materiałów oraz ich odparowanie w wyniku oddziaływania z plazmą (ablacja stymulowana plazmą);

- monochromatyczność - promieniowanie laserowym charakteryzuje się bardzo wąskim zakresem widmowym (nawet 10^-7 nm) w porównaniu do naturalnych źródeł promieniowania: gwiazd, lamp, itp.;

- spójność - generowane w laserze fale elektromagnetyczne rozchodzą się zachowując tą samą fazę co odróżnia je od całkowicie niespójnego promieniowania spontanicznego.

Rys. 5. Porównanie widma emisji żarówki 250 W oraz lasera argonowego o mocy 3 W

   Wszystkie wymienione cechy promieniowania laserów wnoszą swój wkład do istotnej własności jaką jest skupianie - ogniskowanie wiązki laserowej szczególnie w związku z zastosowaniami chirurgicznymi i mikrochirurgicznymi laserów. Monochromatyczność umożliwia dodatkowo selektywne wzbudzanie poszczególnych substancji chemicznych w tkance w celu stymulacji określonych procesów chemicznych. Ta druga własność warunkuje postęp prac związanych z rozwojem PDT - fotodynamicznej terapii nowotworów.

5. Pompowanie, inwersja obsadzeń

   W zakończeniu rozdziału 3 stwierdziliśmy, że efekt wzmocnienia promieniowania konieczny dla działania laserów występuje w układach, w których liczba cząstek wzbudzonych w stanie E₂ będzie większa od liczby cząstek w stanie E₁. Taki stan układu cząsteczkowego jest stanem nierównowagowym i warunkuje istnienie w układzie tzw. inwersji obsadzeń. W warunkach normalnych, w stanie równowagi termodynamicznej ilość cząsteczek w stanie energetycznie niższym E₁ jest znacznie większa od ilości cząsteczek w stanie wzbudzonym E₂. Taka jest wymowa prawa Boltzmanna opisującego obsadzenie poziomów kwantowych w stanie równowagi termodynamicznej.
    Jak osiągnąć więc stan, w którym sytuacja się odwróci, tzn. nastąpi inwersja obsa-dzeń? Jedno już wiemy: należy wyprowadzić układ ze stanu równowagi termodynamicz-nej? Ale generalnie osiąganie stanu inwersji obsadzeń nie jest łatwe. Więcej niż 35 lat upłynęło od czasu powstania idei (Einstein 1917) do chwili pojawienia się pierwszego urządzenia wykorzystującego emisję wymuszoną (MASER, Gordon 1954). Trzeba było następnych 6 badań naukowych zanim pojawił się pierwszy laser (Maiman 1960 - laser rubinowy).
    Wystarczy powiedzieć, że proces wyprowadzania układu ze stanu równowagi, nazywa-ny popularnie pompowaniem, polega najczęściej na wzbudzaniu ośrodka czynnego (np. w wyładowaniu elektrycznym w przypadku laserów gazowych lub poprzez wzbudzanie optyczne w laserach stałych) oraz odpowiednim sterowaniu, doborze procesów relaksacji czyli procesów powrotu do stanu równowagi. W trakcie relaksacji cząsteczki przechodzą po kolei przez różne wzbudzone stany kwantowe zdążając do stanu o najniższej energii - stanu podstawowego. Jeżeli w tym czasie natrafią na stan którego czas życia (czas trwania w danym stanie - t₂ na rys. 3) jest długi w stosunku do pozostałych, następuje nagromadzenie się cząsteczek w tym stanie (znaczące obsadzenie tego stanu) a nawet pojawia się inwersja obsadzeń gdy czasy przebywania na niższych poziomach energetycznych będą znacznie krótsze. Jeżeli inwersja jest wystarczająco duża by pokryć straty optyczne układu, urządzenie zaczyna wzmacniać szumy własne, powstaje generator optyczny - laser.

6. Klasyfikacje laserów

   Choć pierwszy działający laser (laser rubinowy) wykorzystywał ośrodek czynny w stanie stałym obecnie znane lasery wykorzystują ośrodki czynne znajdujące się we wszystkich stanach skupienia, np.:

• lasery gazowe: He-Ne, CO₂, N₂, argon, krypton, na parach metali itp.,
• lasery cieczowe: barwnikowe,
• lasery na ciele stałym: Nd:YAG, Er:YAG, rubinowy, półprzewodnikowe (często klasyfikowane oddzielnie).

    Nazwy laserów pochodzą więc najczęściej od nazwy ośrodka czynnego choć najistot-niejszym dla zastosowań jest nie tyle rodzaj ośrodka czynnego, ile długość fali promienio-wania laserowego; np. nie wykryto różnic terapeutycznych dla zastosowań promie-niowania EM lasera He-Ne oraz półprzewodnikowego o tej samej długości fali.

    Dla wielu zastosowań laserów występują znaczne różnice w zależności od rodzaju pracy: ciągłej i impulsowej oraz w przypadku laserów impulsowych od częstotliwości powtarzania impulsu.

    Innym ważnym parametrem klasyfikacyjnym (szczególnie dla wymagań BHP) jest moc lasera, z tego punktu widzenia lasery dzielą się na:

• lasery małej mocy (1 do 6 mW),
• lasery średniej mocy (6 do 500 mW),
• lasery dużej mocy (500 mW).

7. Najważniejsze typy laserów stosowanych w medycynie

    Laserami dla "twardej" obróbki tkanek:
        - cięcia,
        - koagulacji,
        - odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą) oraz
        - obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy kawitacji)
są lasery: CO₂, neodymowy (Nd:YAG), argonowy, erbowy (Er:YAG), holmowy (Ho:YAG) i półprzewodnikowe dużej mocy.
    W zastosowaniach dla biostymulacji najpopularniejsze są lasery: półprzewodnikowe, He-Ne, argonowe i kryptonowe.

    Lasery CO₂ generujące promieniowanie o długości fali 10.600 nm pracują w reżimie pracy ciągłej z mocą od 30-100 W lub impulsowej o czasie i energii impulsów odpowiednio ok. 10-600 mikrosekund i 0.25 J oraz częstotliwości do 1 kHz. Stosowane są najczęściej w chirurgii ogólnej ze względu na bardzo dobre pochłanianie przez wodę i bardzo płytkie wnikanie w tkankę promieniowania o tej długości fali. Woda stanowi główny składnik tkanek dlatego wiązka promieniowania przecina z równą łatwością tkankę miękką jak i kości. Wszystko to powoduje, że laser ten stosowany jest z powodzeniem nie tylko w chirurgii ogólnej ale też w ginekologii, dermatologii, laryngologii i innych dziedzinach medycyny gdzie dokonuje się operacji cięcia ^[2].
    Lasery CO₂ są stosunkowo tanimi urządzeniami i stąd popularność ich stosowania nie-mniej niedogodnością jest brak ogólnodostępnych i tanich światłowodów dla tych długości fal, co skutkuje znacznym utrudnieniem w doprowadzeniu promieniowania do miejsca oddziaływania.

    Lasery stałe na kryształach Nd:YAG emitują fale EM o długościach 1064 i 1320 nm i charakteryzują się znacznie gorszym pochłanianiem (absorpcją) w materii biologicznej. Stąd znacznie głębsze wnikanie promieniowania w tkankę, a laser ten z powodzeniem stosowany jest jako koagulator pozwalając zamykać naczynia krwionośne do głębokości paru milimetrów. Ze względu na doskonałe własności giętkich światłowodów kwarcowych promieniowanie to można łatwo doprowadzić nawet do wewnętrznych organów (poprzez endoskopy). Ta własność w połączeniu z dużą gęstością mocy na końcu światłowodu umożliwia stosowanie tego lasera w zabiegach mikrochirurgicznych. W tym wypadku w celu ograniczenia promienia destrukcji tkanki związanej z dużą przenikalnością promieniowania w tkance stosuje się czasem metody chirurgii kontaktowej z zastosowa-niem rozgrzewanej końcówki światłowodu - histeroskopia laserowa ^[2].
    Lasery Nd:YAG impulsowe (o długości impulsu rzędu ns) stosowane są w okulistyce w mikrochirurgii przedniego odcinka oka. Charakter oddziaływania tego typu laserów jest mechaniczny (rozrywający) w odróżnieniu do termicznego w przypadku laserów pracują-cych w reżimie pracy ciągłej. W przypadku tym w oku wytwarzana jest mikro-plazma w obszarze kilkudziesięciu mikrometrów, która następnie ekspanduje tworząc rozrywającą tkankę falę uderzeniową. Lasery o dłuższym impulsie (rzędu mikrosekund) stosowane są do rozbijania kamieni nerkowych.

    Lasery KTP to lasery Nd:YAG z podwojoną częstością (drugą harmoniczną) fali o dłu-gości 1064 nm; tzn. 532 nm uzyskanej przy wykorzystaniu nieliniowych własności kryształów KTP. Promieniowanie o barwie zielonej dobrze absorbowane przez hemoglo-binę stosowane jest przy zabiegach mocno unaczynionych tkanek ^[2] np. do koagulacji siatkówki oka, terapii znamion naczyniowych oraz cholecystomii laparoskopowej.

    Lasery Ho:YAG i Er:YAG o długościach fal 2100 i 2940 nm należą do grupy laserów zbudowanych na kryształach YAG domieszkowanych odpowiednio holmem Ho³⁺ i erbem Er³⁺. Promieniowanie to jest silnie pochłaniane przez wodę stąd mniejsza głębokość wnikania w tkankę i płytszy obszar martwicy niż w przypadku laserów Nd:YAG. Umożliwia to szersze zastosowania tych laserów w dziedzinie operacji chirurgicznych, stomatologicznych, okulistycznych, laryngologicznych i ginekologicznych ^[1-3].
    W przypadku laserów erbowych występuje jednak ta sama niedogodność co w przypadku laserów CO₂ tzn. promieniowanie to nie może być transmitowane za pomocą popularnych światłowodów kwarcowych. Pomimo to stosowanie tych laserów uzasadnione jest ze względu na jeszcze wyższą absorpcją promieniowania o długości fali 2940 niż 10600 nm (lasery CO₂).

    Laser argonowy generuje promieniowanie o wielu długościach fal przy czym najsilniejsze linie emisji to 488 i 514 nm. Zielone promieniowanie o długości 514 nm jest dobrze pochłanianie w hemoglobinie stąd zastosowanie tych laserów jako koagulatora w oku-listyce oraz w terapii znamion naczyniowych ^[2]. Promieniowanie tych laserów doskonale nadaje się do transmisji w światłowodach kwarcowych.

    Laser He-Ne - o długości fali 632.8 nm jest laserem głównie stosowanym do biostymulacji oraz jako źródło światła w zastosowaniach laparoskopii z laserami pracującymi w niewidzialnym zakresie widma (w podczerwieni lub ultrafiolecie). Pomocnicza wiązka światła o małej rozbieżności umożliwia oświetlenie pola operacji oraz ocenę postępu zabiegu ^[1,2,4].

    Lasery półprzewodnikowe tworzą najszybciej rozwijającą się dziedzina technologii laserowych; generują promieniowanie w zakresie od 400 - 10 000 nm w zależności od zastosowanych materiałów półprzewodnikowych: ZnSSe, AlGaAs, GaInAsP, InAsSbP, PbSnSeTe itp. Najczęściej jednak stosowane są lasery o długościach fali od 630 - 1000 nm i mocy 100-400 mW pracujące w reżimie ciągłym jak i impulsowym dla celów biostymu-lacji oraz lasery do 50 W mocy ciągłej stosowane w okulistyce i chirurgii ^[5].
    Niedogodnością tych laserów jest na ogół niesymetryczny rozkład wiązki promieniowania i znacznie większa (niż w innych laserach) rozbieżność wiązki. Lasery półprzewodnikowe stosowane są do pompowania innych laserów np. Nd:YAG oraz jako źródło światła pilotującego (zamiennie z laserami He-Ne).

    Lasery barwnikowe wykorzystujące jako ośrodek czynny roztwory różnych barwników cechuje możliwość strojenia długości fali. I tak, dla Rodaminy 6 G w alkoholu etylowym zakres strojenia wynosi 570-650 nm. Maksymalny zakres strojenia w oparciu o różne dostępne barwniki wynosi 300-1040 nm. Lasery barwnikowe pracujące w reżimie ciągłym i impulsowym stosowane są do usuwania znamion naczyniowych (590 nm) w urologii do litotrypsji (590 nm) oraz w okulistyce. Możliwość strojenia tych laserów jest szczególnie istotna w przypadku zastosowań do fotodynamicznej terapii nowotworów PDT (np. 405 nm) ^[2].

    Lasery ekscymerowe - ośrodkiem czynnym tych laserów są gazy, w których pod wpływem wzbudzenia łączą się w nietrwałe związki chemiczne - ekscymery np. XeCl^* , KrF^* itp., o krótkim czasie życia. W trakcie zaniku emitują promieniowanie np. XeCl^* (308 nm), KrF^* (248) ArF^* (193 nm). Promieniowanie tych laserów ma charakter impulsowy o długościach impulsów 10 - 300 ns i energii do 1 J z częstotliwością do 1 kHz. Ultrafioletowe promieniowanie tych laserów znajduje zastosowania w okulistyce, angioplastyce i mikrochirurgii.

8. Zastosowania laserów - kryteria wyboru urządzenia

   Pozytywny wpływ radioterapii znany jest od wielu tysiącleci, pierwsze wzmianki o radioterapii słonecznej znajdujemy w pracach egipskich kapłanów 4 tys. lat p.n.e. Koniec XIX wieku i początek XX to okres ponownego rozbudzenia zainteresowań terapeutów radioterapią a Niels Rydberg Finsen otrzymuje nagrodę Nobla za opracowanie terapii bielactwa nabytego oraz łuszczycy promieniowaniem UV wyselekcjonowanym za pomocą filtrów kwarcowych z wiązek słonecznych i lamp łukowych.
    Promieniowanie laserów posiada specyficzne własności nieobecne w promieniowaniu innych źródeł jak: spójność, polaryzacja czy mała rozbieżność wiązki. Warunkują one dobre własności skupiania wiązki przez co umożliwiają uzyskiwanie dużych gęstości mocy i energii. Jednak ich specyficzna rola i znaczenie w radioterapii w odróżnieniu od promieniowania niespójnego nie do końca zostały zbadane ^[5].
    Zgodnie z obecną wiedzą spośród wielu parametrów laserów najważniejszymi z punktu widzenia jego zastosowania dla potrzeb medycznych są:
    - długość impulsu laserowego - określającego typ oddziaływania z tkanką - przewaga efektów fototermicznych czy fotojonizacyjnych - patrz rys. 6;
    - długość fali promieniowania - określająca współczynniki absorpcji i powiązaną z nim głębokość wnikania promieniowania w substancje organiczne;
    - gęstość energii - określająca poziomy progowe różnych typów oddziaływania oraz jego zasięg.
    Trzeci parametr zmienia się jedynie w zakresie trzech rzędów wielkości (1 mJ/cm² - 1 MJ/cm²) dla wszystkich znanych typów oddziaływań. Jest to dość wąski zakres w po-równaniu do 15 rzędów zmienności długości impulsu - rys.6.

Rys. 6. Rodzaje oddziaływań promieniowania laserowego

   Rysunek 7 ukazuje współczynnik absorpcji promieniowania o różnej długości fali dla wybranych istotnych składników ludzkiej tkanki: wody, protein, hemoglobiny i melaniny oraz średnią głębokość wnikania w wodzie. Generalnie obydwie wielkości są od siebie zależne: im większa absorpcja tym mniejsza głębokość wnikania. Wybrane substancje reprezentują główne ośrodki absorpcji w tkankach zwierzęcych i ludzkich, przy czym sumaryczna absorpcja w wodzie, proteinach i melaninie reprezentuje proces naświetlania tkanek miękkich poprzez skórę zaś absorpcja hemoglobiny reprezentuje ten proces w tkankach mocno unaczynionych.
    Na rysunku 7b. przedstawiono aspekt głębokości wnikania promieniowania elektro-magnetycznego w zakresie dostępnym przy zastosowaniu różnych laserów. Obydwa wykresy są niezwykle istotne dla osób podejmujących decyzję o wyborze urządzenia laserowego, np. szukając urządzenia dla operacji cięcia istotna jest duża absorpcja promieniowania i małą inwazyjność (głębokość wnikania). W przypadku chirurgii ogólnej najlepiej do tego celu nadają się lasery CO₂ (również ze względu na niską cenę urządzenia) lub lasery Er:YAG o mocach ok. 40 - 100 W.

Rys. 7. Współczynnik absorpcji promieniowania głównych składników tkanki oraz głębokość wnikania w wodzie w zależności od długości fali (na rys. 7b. oznaczono rodzaj laserów generujących promieniowanie o danej długości)

   W przypadku tkanek mocno unaczynionych będą to lasery o świetle zielonym (dobrze absorbowanym przez hemoglobinę) np. Nd:YAG druga harmoniczna. Z drugiej strony lasery Nd:YAG o częstości podstawowej (długość fali 1064 nm) - o promieniowaniu najgłębiej wnikającym (względnie małej absorpcji w tkance) znajdują zastosowanie jako koagulatory.
    Głębokość wnikania oraz efekty termiczne można również ograniczać poprzez stosowanie krótko-impulsowych laserów o dużej intensywności promieniowania generujących lokalnie w tkance mikroplazmę. Plazma ta nieprzepuszczalna dla promieniowania lasera ogranicza głębokość wnikania wiązki fal EM, a w rezultacie głębokość martwicy. Plazma oddziałując z materiałem organicznym przy powierzchni powoduje jego ablację - odparowanie. Przy dalszym wzroście gęstości mocy (energii) impulsy te wywołują efekty mechaniczne, rozrywanie materiału - rys.6, wskutek fal uderzeniowych i efektów kawitacyjnych.
    Najbardziej precyzyjną obróbkę tkanki (ważnej w mikrochirurgii kardiologicznej czy okulistyce) w procesie uzyskuje się w procesie fotoablacji (ablacji wywołanej rozerwaniem wiązań chemicznych). Ze względu na konieczność dostarczenia energii rzędu 3-7 eV w trakcie każdego aktu absorpcji fotoablację umożliwiają lasery generujące promienio-wanie o długości fali mniejszej niż 400 nm a więc z zakresu ultrafioletu. Z rys. 7.b. wynika, że w tym zakresie promieniują lasery ekscymerowe i wyższe harmoniczne laserów Nd:YAG stosowane w mikrochirurgii kardiologicznej czy okulistyce.
    W biostymulacji stosowane są lasery generujące promieniowanie o długości fal 650 - 1000 nm tzn. leżących w okolicach tzw. okna optycznego tkanki tj. w zakresie minimalnej absorpcji wody, melaniny i hemoglobiny (rys. 7.a.). Gwarantuje to maksymalne głębokości wnikania promieniowania do tkanek (ok. 4 cm). W zakresie tym leży czerwone promie-niowanie lasera He-Ne - 630 nm, oraz wiele możliwych długości promieniowania laserów półprzewodnikowych - w zakresie 630 - 980 nm. Moce wiązek, i ich gęstości są znacznie mniejsze w tym niż w przypadku oddziaływań "twardych". Co więcej siła bodźca, mierzona w J/cm² posiada swoje optimum jeśli chodzi o reakcję organizmu. Zależność siły reakcji od bodźca opisana jest prawem Arndta-Schultza (patrz rys. 8). Z wykresu wynika, że dla celów biostymulacyjnych stosowanie bodźców (dawek) większych od 8 J/cm² mija się z celem a nawet powyżej 16 J/cm² może być z punktu widzenia zamierzonych efektów (reakcji) szkodliwe. Z tego względu nie stosuje się w tej dziedzinie laserów o dużych mocach średnich - powyżej 500 mW. Najczęściej stosowane są lasery o mocy do 100 mW pracy ciągłej jak i impulsowej, przy czym niższe moce są uwarunkowane również względami natury bezpieczeństwa pracy. Nie znaleziono natomiast jednoznacznych różnic w pracy impulsowej i ciągłej w zastosowaniach biostymulacyjnych.

Rys. 8. Prawo Arndta-Schultza dla stymulacji laserowej