Principi di funzionamento dei laser chirurgici

L'elaborato è volto ad analizzare i principi di funzionamento e le molteplici applicazioni dei laser chirurgici nei vari campi della medicina. Viene fatta una classificazione in base alla potenza d'uscita delle apparecchiature, al mezzo attivo utilizzato e alla disciplina medica in cui ne viene fatto uso. Particolare attenzione è posta sui numerosi rischi che potrebbero occorrere e le misure di sicurezza da adottare all'interno di una sala operatoria o di un laboratorio, con l'esempio specifico di alcune schede di verifica funzionale, periodica particolare e di manutenzione conservativa su laser chirurgici e terapeutici, che devono essere completate per superare con esito positivo i vari test di sicurezza.

Ottimizzazione di un controllo di temperatura per diodi laser

In questo lavoro di tesi si studia un processo sperimentale necessario alla realizza- zione di un esperimento di Fisica Atomica. L’attivit`a svolta consiste nell’ottimizzazione dei paramentri di un algoritmo di con- trollo PI (proporzionale-integrale) atto a stabilizzare la temperatura di un Diodo Laser entro 1mK. Nella branca dell’Ottica Non Lineare (dove la polarizzazione del mezzo ha una rispo- sta non lineare al campo elettrico) si possono presentare casi in cui la birifrangenza del mezzo ha una forte dipendenza dalla temperatura. Questa pu o ` essere control- lata per il raggiungimento delle condizioni di phase matching. Le fluttuazioni di temperatura possono minare tramite la dilatazione termica la precisione di una ca- vit`a Fabry-Perot, utilizzata per controllare e misurare la lunghezza d’onda della luce, dato che nominalmente ∆ν/ν = − ∆L/L. Negli esperimenti di Laser Cooling infi- ne si lavora spesso con transizioni la cui larghezza naturale Γ ∼ 1MHz , mentre la frequenza di un laser pu o ́ dipendere dalla temperatura con coefficienti tipicamente dell’ordine del GHz/K. Questa stabilizzazione risulta dunque fondamentale per una vasta classe di esperi- menti nei quali le derive termiche possono influenzare drammaticamente il processo di misura. La tesi, in particolare, si apre con un capitolo nel quale si tratta brevemente il con- testo matematico di riferimento per i sistemi di controllo a retroazione. Tra questi e ` di particolare interesse la regolazione proporzionale-integrale. Il secondo capitolo si concentra sulla caratterizzazione del sistema in oggetto al fine di trovare la sua funzione di trasferimento ad anello aperto. Nel terzo capitolo infine, si utilizzano gli strumenti matematici descritti precedente- mente per ottimizzare i parametri del regolatore e si discutono i risultati ottenuti e le misure finali.

Principi di funzionamento e applicazioni della tecnologia laser nella chirurgia refrattiva

La chirurgia refrattiva è una delle branche della medicina con il più alto bacino di potenziali pazienti, a causa dell’enorme incidenza nella popolazione dei difetti visivi, in particolare la miopia. E’ infatti stato stimato che il 20% della popolazione mondiale ne sia affetto, e solo in Italia gioverebbero di un intervento più di 8.000.000 di persone. L’obiettivo di questa tesi è mostrare i principi fisici, le caratteristiche e il funzionamento dei principali strumenti usati per la cura di questi difetti, ovvero il laser ad eccimeri e il laser a femtosecondi; oltre alle diverse operazioni chirurgiche in cui vengono utilizzati, le quali sono tutt’ora in continua evoluzione. Nel primo capitolo viene effettuata una breve presentazione dell’anatomia oculare,in particolare della cornea e dei difetti refrattivi; nel secondo vengono invece trattati i principi fisici su cui si basa la creazione di un raggio laser e si presentano le principali famiglie di laser chirurgici. Nel terzo capitolo ci si focalizzerà sul laser ad eccimeri, partendo da una trattazione degli eccimeri per poi passare alla struttura e caratteristiche della macchina e alle operazioni chirurgiche in cui viene usata. Infine nel quarto capitolo viene presentato il laser a femtosecondi, partendo dalla creazione di impulsi ultracorti per poi analizzare le operazioni chirurgiche che sfruttano questa tecnologia.

Strumenti di guida ottica per un sistema di marcatura laser

Il percorso di tesi che ho intrapreso è stato svolto presso l'azienda Datalogic, con l'intento di integrare un sistema di visione ad un sistema di marcatura laser. L'utilizzo di questo potente strumento è però vincolato dalla particolare posizione fisica occupata, di volta in volta, dall'oggetto; per questo motivo viene fissato nella posizione desiderata, attraverso dime meccaniche. Fin ad ora si riteneva assolutamente necessaria la presenza di un operatore per il controllo del corretto posizionamento, tramite una simulazione della marcatura. Per ovviare a questo limite strutturale, Datalogic ha pensato di introdurre uno strumento di aiuto e di visione del processo: la camera. L'idea di base è stata quella di impiegare le moderne smart camera per individuare l'oggetto da marcare e rendere quindi il processo più automatico possibile. Per giungere a questo risultato è stato necessario effettuare una calibrazione del sistema totale: Camera più Laser. Il mio studio si è focalizzato quindi nel creare un eseguibile che aiutasse il cliente ad effettuare questa operazione nella maniera più semplice possibile. E' stato creato un eseguibile in C# che mettesse in comunicazione i due dispositivi ed eseguisse la calibrazione dei parametri intrinseci ed estrinseci. Il risultato finale ha permesso di avere il sistema di riferimento mondo della camera coincidente con quello del piano di marcatura del laser. Ne segue che al termine del processo di calibrazione se un oggetto verrà rilevato dalla camera, avente il baricentro nella posizione (10,10), il laser, utilizzando le medesime coordinate, marcherà proprio nel baricentro dell'oggetto desiderato. La maggiore difficoltà riscontrata è stata la differenza dei software che permettono la comunicazione con i due dispositivi e la creazione di una comunicazione con il laser, non esistente prima in C#.