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Définition des caractéristiques des émissions lasers

Un laser est caractérisé par sa longueur d’onde en nanomètre (1 nm : 10-9 mètre), son énergie en Joule (J), sa puissance en Watt (W), son irradiance, parfois appelée densité de puissance en Watt/centimètre carré (W/cm² ou mW/cm²), sa fluence ou dose délivrée en Joule/centimètre carré (J/cm²). 

 La longueur d’onde

Lorsque la longueur d’onde λ (lambda) se situe entre 400 nm et 750 nm, le rayon laser est visible à l’œil humain (exemple : He-Ne 632 nm : rouge ; argon 514 nm : vert). Les longueurs d’onde inférieures à 400 nm sont situées dans l’ultraviolet et celles supérieures à 750 nm figurent dans l’infrarouge. Le tableau I montre le spectre électromagnétique.  Les longueurs d'onde entre 633 à 670 nm sont la meilleure option pour la thérapie au laser de faible puissance avec une profondeur de pénétration n’excédant pas le centimètre [[8]].

 Tableau I. Spectre électromagnétique et exemples de longueur d’onde avec correspondance avec la fréquence en Hertz (Hz).

Longueur d’onde (dans le vide)

Domaine

Fréquence

 

supérieure à 10 m

radio

inférieure à 30 MHz

 

de 30 cm à 1 mm

micro-onde (Wifi, téléphones portables, radar, etc.)

de 1 GHz à 300 GHz

incluse dans les ondes radios

de 500 μm à 780 nm

infrarouge 

de 0,5 THz à 350 THz

infra-rouge C (3000nm- 1mm)(3µm-1000µm)

infra-rouge B (1,4µm-3µm)

infra-rouge A (780nm -1400 nm (1,4µm))

de 380 nm à 780 nm

lumière visible

de 350 THz à 750 THz

rouge (620-780 nm)
orange (592-620 nm)
jaune (578-592 nm)
vert (500-578 nm)
bleu (446-500 nm)
violet (380-446 nm)

de 100 nm à 380 nm

ultraviolet

de 750 THz à 30 PHz

 

de 10 pm à 10 nm

rayon X

de 30 PHz à 30 EHz

 

inférieure à 10 pm

rayon γ

supérieure à 30 EHz

 

 

L’énergie

L'énergie est la capacité d'un système à produire un travail, entraînant un mouvement ou produisant par exemple de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité. C'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours des transformations. L'énergie s'exprime en joules (E= Puissance en mW x Temps en seconde). Exemple : 1J= 1 W-s (watt seconde).

La puissance

La puissance est la quantité d'énergie par unité de temps. L'unité de puissance est le watt qui correspond donc à un joule fourni par seconde. Ne pas confondre la puissance exprimée en watts (W) avec l’énergie exprimée en watt-heures (W-h) ou avec l'unité de variation de puissance exprimée en watts par heure (W/h). En vue de calculer la dose à administrer au point d'acupuncture, il est important de connaître la puissance de sortie du laser. En effet, deux types de laser sont utilisés en médecine : le laser de haute puissance (500mW-50W : hard laser) et le laser de faible puissance (5mW-500mW), encore appelé soft laser ou basse énergie. Celui-ci est utilisé en acupuncture pour ses propriétés non thermiques alors que le hard laser est réservé pour les techniques chirurgicales (scalpel, photo coagulation etc.).

L’irradiance

 Il s’agit de la densité de puissance qui quantifie la puissance d'un rayonnement électromagnétique par unité de surface. Elle s’exprime en watts par centimètre carré (W/cm²). I=P/S avec I : irrradiance ; P : puissance et S la surface.  

 La fluence

C’est l’énergie délivrée par unité de surface, encore appelée dose délivrée, dont l’unité est le J/cm².  F= E/S avec F : la fluence ; E : énergie et S : surface. Elle est fonction de l’irradiance et du temps d’application : irradiance x Temps = Fluence. Exemple : Pour traiter une surface de 8 cm2 avec une dose délivrée (fluence) de 3 J/cm2 et un laser de 50mW, il faut un temps de 20 sec x 3 J/cm2 x 8 cm2 = 480 sec soit 8 minutes alors qu'il faut seulement 90 sec avec 250 mW, 45 sec avec 500mW et 24 sec avec 1Watt.

 


Est ce que 1 J/cm² est équivalent à 1 W/cm² ? Différence entre fluence et irradiance.

En pratique, est ce qu’une dose délivrée sur la peau en 9 minutes de 32 J/cm2 à partir d'une source laser est équivalente à une irradiance de 32 W/cm2 en 9 minutes. Non car il existe un facteur de temps. Ainsi 1 watt n'est pas égal à 1 joule.

La puissance en watts est égale à l'énergie en joules, divisée par le temps en secondes.

9 minutes = 540 secondes

Ainsi, une fluence de 32 J/cm ² administrée en 9 minutes est équivalente à une irradiance de 32 J/cm²/540s = 0,059 J/cm² s• = 0,059 W/cm ² 


 

Caractéristiques techniques des lasers de faible puissance

 La puissance se situe entre 10 et 500 mW. L’irradiance retrouvée habituellement est comprise entre 5mW/cm² et 5W/cm², la longueur d’onde est comprise entre 600 et 1000 nm et la fluence entre 0,05 et 20 J/cm².

La World Association for Laser Therapy (WALT) a proposé les doses recommandées pour un traitement optimal. Ainsi dans le canal carpien, avec un laser de longueur d’onde compris entre 780 et 860 nm, en émission d’une puissance entre 5 mW et 500 mW, les temps de traitement doivent être compris entre 20 et 300 secondes avec une application d’un minimum de 4 J par point pour un total de 8 J par poignet (traitement réalisé chaque jour pendant 15 jours ou tous les deux jours pendant 4 semaines). Il est nécessaire de différencier la fluence (J/cm²), de l’énergie (J), car par exemple une haute fluence peut facilement être obtenue en jouant sur la surface de traitement ou la surface du faisceau laser. Ainsi 1 joule appliquée sur une surface de 1 cm² (fluence=1 J/cm²) correspondra à une dose délivrée de 10 J/cm² sur une surface de 0,1cm² [9 ,10 ,11 ]. Il est donc important de connaître le diamètre du faisceau laser pour connaître la dose délivrée réelle.

 


Calcul de la fluence

Les paramètres : laser de 50 mW de puissance en émission constante ; diamètre du faisceau laser : 1 mm ; point traité pendant 5 secondes. Pour calculer la fluence, nous avons besoin de deux paramètres : la puissance et l’aire de distribution du faisceau.  Ainsi, 50 mW émis durant 5 s signifie qu’une énergie de 250 mJ =0,25 J a été émise du laser (0,75 J pour 15 secondes). L’aire est égale à 0,785mm², soit 0,00785cm² (1 mm de diamètre). En supposant que l’irradiance soit la même sur chaque point, la fluence sera donc de 0,25 J / 0,00785 cm² = 31,84 J/cm², fluence qui sera délivrée aux cellules en contact direct avec le faisceau laser, soit sur une aire de 0,785mm². Si on veut calculer la dose moyenne de la fluence délivrée sur une aire de 1cm² (diamètre 1,13cm) autour du point de puncture, nous retrouvons une fluence de 0,25 J/cm², ce qui veut dire que l’effet thérapeutique suivra une loi de distribution gaussienne avec effet maximum près de l’ouverture du faisceau et effets moindres plus on s’en éloigne.