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ALR/2013 1 Fototerapia Laser A luz e suas propriedades físicas António Lobo Ph.D., M.Sc., EMBA, SMSPIE [email protected] A.Lobo (2013) 2 Curso de Fototerapia Laser Conteúdo do Módulo: O que é a LUZ? O espectro electromagnético (EM) Radiação EM visível e o olho humano Radiação IR e UV Características físicas fundamentais da onda EM Frequência vs. comprimento de onda Velocidade da onda Energia e intensidade da onda (irradiância) Polarização da onda Fenómenos Ópticos: Reflexão, Refracção, Dispersão, Absorção e Espalhamento (Scattering)

Fototerapia Laser

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Fototerapia Laser

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  • ALR/2013 1

    Fototerapia Laser!

    A luz e suas propriedades fsicas!

    Antnio Lobo !Ph.D., M.Sc., EMBA, SMSPIE!

    [email protected]!!

    A.Lobo (2013) 2

    Curso de Fototerapia Laser! Contedo do Mdulo:

    O que a LUZ? O espectro electromagntico (EM)!

    Radiao EM visvel e o olho humano! Radiao IR e UV!

    Caractersticas fsicas fundamentais da onda EM! Frequncia vs. comprimento de onda! Velocidade da onda! Energia e intensidade da onda (irradincia)! Polarizao da onda!

    Fenmenos pticos:! Reflexo, Refraco, Disperso, Absoro e Espalhamento (Scattering)!

    !

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    A.Lobo (2013) 3

    Curso de Fototerapia Laser!

    O que a luz?!

    fluxo radiante capaz de estimular a retina para produzir a sensao visual; claro produzido por uma substncia em ignio - Dicionrio de L.Portuguesa, 8 Ed., Porto Editora!

    Radiao electromagntica com comprimento de onda compreendido entre 390 nm e 780 nm, isto , a regio do espectro electromagntico designada por Espectro Visvel!

    !

    A.Lobo (2013) 4

    Curso de Fototerapia Laser!

    Radiao electromagntica?! Ondas electromagnticas (EM) que auto-propagam pelo

    espao, isto , so variaes transversais simultneas de um campo elctrico e de um campo magntico, que se propagam atravs do espao transportando energia.!

    !c = EB 310

    8 m/s

    James C. Maxwell, 1862 (previso terica)!Henrich R. Hertz, 1888 (demonstrao experimental)!

    Campo elctrico!

    Campo magntico!

  • ALR/2013 3

    A.Lobo (2013) 5

    Curso de Fototerapia Laser!

    O que a luz?!

    composta for um fluxo de fotes! Os fotes so produzidos por emisso de energia de um

    tomo.! O foto no tem massa nem carga elctrica.! O foto comporta-se simultaneamente como partcula

    e onda - dualidade onda-partcula! Fotes de tomos idnticos possuem idntica energia.! A luz considerada como radiao no-ionizante.!

    !

    A.Lobo (2013) 6

    Curso de Fototerapia Laser!

    Absoro e emisso de fotes!

    !

    Electres absorvem fotes e armazenam energia!Electres libertam energia emitindo fotes!

  • ALR/2013 4

    A.Lobo (2013) 7

    Curso de Fototerapia Laser!

    Emisso de fotes!

    !

    Ei Ef = h

    Ef (nvel de energia menor)

    Ei (nvel de energia maior)

    Foto!emitido!

    frequncia!Constante de Planck (6.626x10-34 J.s)!

    A.Lobo (2013) 8

    Curso de Fototerapia Laser!

    Absoro de fotes!

    !

    Ef (nvel de energia menor)

    Ei (nvel de energia maior)

    Foto!absorvido!

    Ei Ef = h

  • ALR/2013 5

    A.Lobo (2013) 9

    Curso de Fototerapia Laser!

    O Espectro Electromagntico (EM)!

    Espectro Visvel

    Vermelho Violeta

    A.Lobo (2013) 10

    Curso de Fototerapia Laser!

    O Espectro Electromagntico (EM)!

  • ALR/2013 6

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    Curso de Fototerapia Laser!

    O Espectro Visvel!

    Sensibilidade relativa do olho humano s ondas EM a diferentes comprimentos de onda do espectro visvel!

    A.Lobo (2013) 12

    Curso de Fototerapia Laser!

    Radiao EM visvel e o olho humano!

  • ALR/2013 7

    A.Lobo (2013) 13

    Curso de Fototerapia Laser!

    Radiao EM visvel e o olho humano!

    Sensibilidade relativa dos trs tipos de cones na retina em funo do comprimento de onda da luz!

    Sensibilidade relativa dos bastonetes (rods) na retina em funo do comprimento de onda da luz!

    A.Lobo (2013) 14

    Curso de Fototerapia Laser! Radiao Ultra-Violeta (UV)!!Pode ser subdividida em (standard ISO-DIS-21348):!

    Near-UV (NUV): 400~300 nm! Middle-UV (MUV): 300~200 nm! Far-UV (FUV) : 200~122 nm! Extreme-UV (EUV) : 121~10 nm!

    !Quando se considera o efeito UV na! sade humana, est subdividida em:

    UVA ou Long Wave : 400~320 nm! UVB ou Medium Wave : 320~280 nm! UVC ou Short Wave: 280~100 nm!

    The solar corona as seen in deep ultraviolet light at 17.1 nm by the Extreme ultraviolet Imaging Telescope instrument aboard the SOHO spacecraft

  • ALR/2013 8

    A.Lobo (2013) 15

    Curso de Fototerapia Laser!

    Radiao Ultra-Violeta (UV)! UVA e UVB destroem a vitamina A da pele.! UVB danifica directamente o DNA!

    Nveis de Ozono em funo da altitude e o efeito de bloqueio da radiao UV!

    Ultraviolet (UV) irradiation present in sunlight is an environmental human carcinogen. The toxic effects of UV from natural sunlight and therapeutic artificial lamps are a major concern for human health. The major acute effects of UV irradiation on normal human skin comprise sunburn inflammation erythema, tanning, and local or systemic immunosuppression. Y. Matsumu and H. Ananthaswamy , Toxicology and Applied Pharmacology 195 (3): 298308, (2004)

    A.Lobo (2013) 16

    Curso de Fototerapia Laser!

    Radiao Infra-Vermelha (IR)! !Corresponde ao EM que vai desde 750 nm a 1 mm!

    NIR : 0.75 - 1.4 m! SWIR : 1.4 - 3 m! MWIR : 3 - 8 m! LWIR : 8 - 15 m! FIR : 15 - 1000 m!

  • ALR/2013 9

    A.Lobo (2013) 17

    Curso de Laserterapia - Mdulo 3!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Velocidade da onda (no vcuo)!

    Velocidade da onda num meio transparente!

    c = 299 792 458 m/s 3108 m/s

    v = cnndice de refraco do meio!

    A.Lobo (2013) 18

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Frequncia vs. Comprimento da onda!

    !

    = c

    T = 1

    Frequncia!Perodo!

  • ALR/2013 10

    A.Lobo (2013) 19

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Energia da onda!

    !

    u = Energia totalvolume =12 0E

    2 +1

    20B2

    c : velocidade da luz no vcuo 3x108 m/s!0 : permitividade do vcuo = 8.85x10-12 C2/(N.m2)!0 : permeabilidade do vcuo = 4x10-7 T.m/A!

    Densidade de energia da onda:!

    A.Lobo (2013) 20

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Intensidade da onda: Irradincia!

    !

    I = Energia total tA = uc I = c0E2

    c : velocidade da luz no vcuo 3x108 m/s!0 : permitividade do vcuo = 8.85x10-12 C2/(N.m2)!

    [W/m2]!

  • ALR/2013 11

    A.Lobo (2013) 21

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Polarizao da onda!

    Ondas EM so ondas transversais, e portanto podem ser polarizadas.!!

    Onda linearmente polarizada!

    A.Lobo (2013) 22

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Polarizao da onda!

    !

    Polarizador!

    Luz despolarizada! Luz linearmente polarizada!

    I0 I =12 I0

  • ALR/2013 12

    A.Lobo (2013) 23

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Polarizao da onda!

    !

    Polarizador!

    I = I0 cos2Lei de Malus!

    A.Lobo (2013) 24

    Curso de Fototerapia Laser!

    Caractersticas fundamentais da onda EM! Tipos de polarizao da onda!

    !

    Linear! Circular! Elptica!

  • ALR/2013 13

    A.Lobo (2013) 25

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos:! Reflexo!

    !

    r = i

    Lei da Reflexo!

    A.Lobo (2013) 26

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Reflexo da luz em superfcies lisas e rugosas!

    !

    Reflexo especular! Reflexo difusa!

  • ALR/2013 14

    A.Lobo (2013) 27

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Refraco!

    !

    n1 sin1 = n2 sin2Lei da Snell!

    n = cv

    ndice de refraco do meio!

    A.Lobo (2013) 28

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Refraco!

    !

    n = cv

    ndice de refraco do meio!

    diamante! 2.42!vidro! 1.52!zirconia! 1.92!gua! 1.33!ar! 1.000293!

  • ALR/2013 15

    A.Lobo (2013) 29

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Disperso!

    Variao do ndice de refraco do meio com o comprimento de onda da radiao incidente!

    !

    A.Lobo (2013) 30

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Disperso cromtica!

    !n = f ()

  • ALR/2013 16

    A.Lobo (2013) 31

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Absoro!

    Absoro da luz envolve a converso de energia da luz noutra forma de energia, como o CALOR (mas nem sempre!!)!

    ! Espessura do tecido (z)!

    I(z) = I0e zLei de Beer-Lambert!

    z = 1ln I0I(z)

    A.Lobo (2013) 32

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Absoro no tecido humano!

    !

  • ALR/2013 17

    A.Lobo (2013) 33

    Curso de Fototerapia Laser!

    Fenmenos pticos: Espalhamento (scattering)!

    Alguma luz que atravessa uma dada espessura de tecido no se propaga na sua direco original, mas deflectida noutras direces.!

    ! Espessura do tecido (z)!