Anales de la RANM

148 A N A L E S R A N M R E V I S T A F U N D A D A E N 1 8 7 9 EL FOTÓN EN LA REVOLUCIÓN DE LA MEDICINA DEL SIGLO XXI José Miguel López-Higuera An RANM · Año 2019 · número 136 (02) · páginas 145 a 157 Las diferentes características que la luz puede ofre- cer, pueden ser explotadas ventajosamente en el campo de la salud y la medicina tanto para diag- nóstico, como para tratamiento, como para la reali- zación de dispositivos o estructuras de interés para la misma. El resultado de la interacción de un haz de luz con un material (incluidos las biológicos) es dependiente, en términos generales, tanto de las características de la luz como del citado. Así, la velocidad de la luz en el vacío ( c ) al ser intro- ducida y propagarse por un medio se reduce a un valor ( v = c/n ) en la que n es el índice de refracción del medio que, en general, depende de la frecuencia de la radia- ción fotónica siendo en tal caso, el citado, dispersivo . Si la velocidad de la luz en el medio es independiente de su frecuencia el medio se reconoce como no dispersivo. Se cuenta con materiales cuyo índice de refracción puede, también, depender de la amplitud del campo de la onda (cantidad de fotones) y en cuyo caso se producen efectos No Lineales a través de los que se logra que surjan otras frecuencias de luz (o fotones de energía diferente -o co- lor- de los que ingresaron en el material). Al interaccionar los fotones de un haz de luz inciden- te, en general, pueden ser reflejados especularmente (espejo) o difusamente; pueden refractarse, transmi- tirse o pueden dispersarse ( scattering ) todo ello sin cambiar de frecuencia. Así mismo, pueden ser absor- bidos por el material (“muerte” de fotón) cediendo su energía al medio y, ésta, convertirse en calor (total o parcialmente) o ser re-emitidos en frecuencia diferen- tes (fotones de energía diferente de los incidentes) por un efecto No Lineal o por Fluorescencia o por Fosfo- rescencia (ver figura 3a). La velocidad de la energía del conjunto de los fotones entrantes (potencia P oe -en W) se relaciona con la velo- cidad de la energía del conjunto de los fotones que “si- guen viajando” (potencia P os –en W) por el coeficiente de absorción o de pérdidas del medio α m por la ley de Beer-Lambert ( P os (x) = P oe e - α m x ). Es decir, el número de fotones que continúan transcurriendo (propagán- dose) por el material decrece exponencial con el coe- ficiente α m y con la profundidad (o distancia del pun- to de entrada) x , pudiéndose acordar que la profundi- dad x p a la que el porcentaje que “permanecen vivos” e -1 ·100 =36,8 % se la conoce como profundidad de pe- netración de la luz en el material resultando, en térmi- nos generales, que la citada x p, es mayor a mayor longi- tud de onda (las radiaciones infrarrojas penetran más que las visibles y que las ultravioleta) en los tejidos biológicos como por ejemplo la piel. Por ello, en fun- ción de los coeficientes de absorción que las diferentes sustancias que integran los tejidos biológicos resulta un coeficiente de absorción o de pérdidas total, sufi- cientemente reducido, en una zona del espectro (en la que se pierden menor número de fotones) que posibi- lita que la luz penetre más profundamente. Esta zona, entre aproximadamente 500nm y 1200nm, se define ventana terapéutica siendo muy utilizada para reali- zar “tareas” en el cuerpo humano relacionadas con el diagnóstico, recuperación, o mantenimiento de la sa- lud mediante técnicas basadas en luz (figura 3b) Debe, además, ser conocido que los efectos que la luz induce en la materia al interaccionar con ella depen- den de las características de ambos y de cómo se efec- túa el proceso. Dado un material, se han de tener en cuenta si la luz es coherente o incoherente, si es conti- nua o pulsada, su longitud de onda, su intensidad, du- ración de la exposición, etc. Para lograr que la luz pro- duzca, en un material dado los efectos deseados, se ha de definir el tipo y la cantidad de fotones que deben haber ( viven ) o que es deseable depositar (absorbi- dos) en cada parte del material, cómo y durante cuán- to tiempo se depositan, entre otras condiciones. Los materiales biológicos que integran las diferentes “partes” del cuerpo humano no son una excepción por lo que, dado, por ejemplo, un tejido a irradiar con una fuente de luz de una longitud de onda dada, se habrán de considerar los umbrales de fluencia ( F ) o densidad de energía ( Julios/cm 2 ) así como de intensidad ( I ) o den- INTERACCIÓN LUZ-MATERIA: ALGUNAS PROPIEDADES BÁSICAS A B Figura 3. Ilustración de: a) los diversos mecanismos de comporta- miento de la luz al interaccionar con un tejido biológico; b) de la absorción de los fotones de luz de varios elementos componentes de un tejido biológicos: agua, oxihemoglobina, de-oxihemoglobi- na, melanina, proteína, epidermis, dermis (base cortesía de David Sampson y modificados por el autor)