LASER DI POTENZA. APPLICAZIONI MEDICHE
Premessa - Indice
Alla fine degli anni '70 le applicazioni
dei laser in medicina e nelle lavorazioni industriali erano ancora in
fase di valutazione ma si erano già ottenuti, soprattutto all'estero,
risultati particolarmente promettenti. Vi era un notevole interesse
anche da parte di gruppi di ricerca scientifici ed industriali in
Italia anche se l'attività di ricerca era molto limitata.
Il CNR aveva attivato fin dal 1863 iniziative per ricerche di base nel
settore dell'elettronica quantistica, quali l'Impresa triennale Laser
e Maser che avevano prodotto interessanti contributi scientifici ed avevano
consentito la formazione di gruppi di ricercatori qualificati in vari
laboratori universitari e di altri enti. Il CNR stesso aveva successivamente
promosso altre ricerche nel settore che consideravano anche alcuni aspetti
applicativi. Interpretando la crescente esigenza di un maggior impegno,
in particolare nei settori applicativi, il CNR avviava nel 1974 lo studio
di fattibilità del Progetto Finalizzato 'Laser di Potenza'.
Tale studio, presentato alla fine del 1975, individuava come argomenti
di notevole rilevanza industriale, economica e sociale, le applicazioni
mediche e le applicazioni dei laser alle lavorazioni di materiali. Queste
indicazioni si sono dimostrate valide e le conoscenze acquisite su questi
argomenti hanno consentito l'avvio e lo sviluppo di nuove attività produttive
da parte di industrie nazionali operanti nei settori meccanico, elettronico
ed elettromedicale. Il Progetto ha avuto inizio alla fine del 1978 e la
maggior parte dei programmi si sono conclusi nel 1983. Il trasferimento
dei risultati delle ricerche è proseguito anche negli anni successivi
che hanno visto aumentare il numero di industrie interessate alla utilizzazione
delle nuove tecnologie o alla costruzione di sorgenti e sistemi laser.
Le attività del Progetto sono state organizzate in modo da realizzare
un'efficace collaborazione, in gruppi di lavoro interdisciplinari, tra
Industrie, Organi di Ricerca del CNR, Istituti Universitari ed Ospedalieri
e Laboratori di ricerca applicata costituendo una rete di Centri per le
applicazioni indusriali ed un'analoga rete di Centri per le applicazioni
mediche. In particolare lo schema di lavoro che è stato adottato ha consentito
la interazione tra i seguenti elementi:
- Laboratori di ricerca specializzati su determinate classi di sorgenti
laser;
- Centri di riferimento per la definizione e lo studio di specifiche classi
di applicazioni;
- Enti interessati alle applicazioni messe a punto nei Centri di riferimento;
- Industrie interessate alla costruzione di componenti o sistemi laser
che siano risultati economicamente significativi.
La sfera di azione del Progetto del CNR consisteva nel coordinamento delle
interazioni tra i suddetti elementi con interventi di programmazione e
supporto delle attività di ricerca presso i Laboratori laser ed i Centri
per le applicazioni e, in parallelo, nella diffusione di informazioni
e nel trasferimento tecnologico verso gli Enti e le Industrie utilizzatrici.
Gli Enti e le Industrie suddetti hanno successivamente proposto e finanziato,
direttamente o con fondi per la ricerca industriale, studi per applicazioni
particolari presso i Centri. Le conoscenze cosÌ acquisite con il contributo
del CNR sono state quindi messe a disposizione della comunità nazionale
catalizzando attività applicative di più ampio respiro.
Nei cinque anni di attività le ricerche sono state concentrate sulle Applicazioni
Mediche, sulle Applicazioni Meccaniche e sullo studio e sviluppo delle
Sorgenti Laser più significative per questi scopi.
Nelle tre aree di attività suddette è stato possibile recuperare dapprima
lo svantaggio iniziale e portare i gruppi di ricerca italiani a produrre
risultati competitivi a livello internazionale. Anche dopo la conclusione
del Progetto, i gruppi di ricerca formatisi hanno continuato a produrre
validi risultati anche se l'attività è stata in molti casi ridimensionata
a causa della mancanza di finanziamenti.
Nel settore delle Applicazioni Mediche l'impiego clinico dei laser ha
dato un contributo di notevole interesse introducendo terapie medico-chirurgiche
innovative con notevoli vantaggi per il paziente spesso associati anche
ad una riduzione dei tempi di ricovero ospedaliero. Il trattamento laser
a livello ambulatoriale ha potuto sostituire infatti in molti casi i trattamenti
convenzionali che solitamente richiedevano ricoveri ospedalieri dell'ordine
di una settimana.
Nel settore delle Applicazioni Meccaniche le tecnologie laser hanno dato
luogo a miglioramenti nella qualità dei prodotti ed all'aumento di produttività
dei processi di lavorazione. Sono anche stati individuati alcuni processi
di lavorazione possibili soltanto con l'impiego di laser e di appositi
sistemi. Nel Progetto erano stati infatti previsti non solo programmi
di ricerca per la messa a punto dei processi tecnologici ottimizzati di
utilizzazione dei laser, ma anche programmi per lo sviluppo di sorgenti
laser e di sistemi completi per lavorazioni meccaniche. Nel campo più
critico e difficile dello sviluppo delle Sorgenti Laser si sono ottenuti
risultati tecnici competitivi, ma la risposta industriale è stata solo
parzialmente soddisfacente per motivi al di fuori del controllo degli
operatori del Progetto. Dopo i successi iniziali, durante lo svolgimento
e immediatamente successivi alla conclusione del Progetto, le industrie
laser italiane non hanno saputo o potuto mantenere i livelli di competitività
faticosamente raggiunti dovéndo operare in un contesto europeo in forte
sviluppo.
L'azione promozionale del CNR in Italia si è infatti esaurita proprio
quando iniziavano all'estero (soprattutto in Germania) grandi investimenti
di ricerca e sviluppo che hanno portato fra l'altro alla costituzione
di appositi Istituti, totalmente finanziati dallo Stato, in appoggio alle
industrie produttrici di strumentazione laser per applicazioni mediche
e per lavorazioni industriali.
Questa serie di monografie sulle Applicazioni Mediche, Meccaniche e sullo
sviluppo delle Sorgenti Laser, raccolte in tre volumi, riporta i risultati
più significativi ottenuti dal Progetto e li presenta in modo coordinato
e leggibile. Altri risultati più dettagliati sono contenuti nella complessa
e ricca documentazione contrattuale peraltro di non facile lettura.
Le monografie raccolte nel volume: Laser di potenza. Applicazioni mediche,
descrivono ed analizzano, in un primo gruppo, i risultati ottenuti
nella fotochirurgia e fotocoagulazione con laser con trasporto in fibra
o braccio articolato e manipolo in chirurgia generale, in chirurgia endocavitaria
a cielo aperto ed in dermatologia. Un altro gruppo di monografie è dedicato
alla chirurgia endoscopica dell'apparato gastrointestinale, all'urologia
e ginecologia ed infine alla chirurgia con microscopio operatore in particolare
per le applicazioni in otorinolaringoiatria ed in oculistica. Per le diverse
classi di applicazione viene dato un quadro di utilità clinica dell'impiego
dei laser basato su risultati sperimentali e risultati clinici. Un terzo
gruppo infine è dedicato alla fototerapia ed alla fotochemioterapia con
particolare attenzione alle applicazioni in oncologia. A supporto e guida
delle sperimentazioni è stata sviluppata un'analisi teorico-sperimentale
delle interazioni radiazione-tessuto che viene specializzata per le varie
categorie di applicazioni. Particolare attenzione è stata dedicata all'analisi
dell'interazione in presenza di sostanze coloranti fotodissociabili e
con assorbimento selettivo da parte dei tessuti come l'einatoporfirina
per la fototerapia dinamica. Vengono infine fornite indicazioni sulle
procedure di sicurezza da adottare nelle applicazioni mediche.
La serie di monografie raccolte nel volume: Laser di potenza. Applicazioni
meccaniche, include lo studio dei processi di interazione radiazione-materia
specializzandolo
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Accoppiatore laser - fibra
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per le lavorazioni meccaniche di maggior interesse quali
il taglio, la saldatura ed i trattamenti termici. L'analisi teorico-sperimentale
ha portato alla definizione di un'apposita modellistica per ogni tipo
di lavorazione, verificata con risultati sperimentali raccolti in una
banca dati di processo. La sperimentazione è stata fatta con i laser a
CO2 ed a Nd-YAG che sono i più significativi per le applicazioni industriali.
Sono stati anche effettuati studi sulle configurazioni dei sistemi di
lavorazione, sulla definizione delle specifiche e sulla loro ottimizzazione.
Infine sono stati riportati i risultati ed i metodi di trasferimento di
tecnologie alle industrie.
Il volume:
Laser di Potenza. Sorgenti e componenti ottici, considera
lo sviluppo delle sorgenti laser e presenta i risultati più significativi
per le applicazioni meccaniche e mediche. Vengono analizzati i problemi
relativi alla fisica ed alla modellistica delle sorgenti laser con particolare
riguardo all'eccitazione del mezzo attivo, ai risonatori ed ai metodi
di diagnostica dei fasci laser di potenza.
Due monografie presentano in dettaglio i risultati sui laser a
CO2
con scarica autosostenuta e con eccitazione a fascio elettronico.
Per quel che riguarda le sorgenti laser di interesse per le applicazioni
mediche vengono riportati i risultati relativi ai laser ad eccimeri, a
coloranti organici ed a CO2 nella configurazione ad onda guidata. Una
monografia è dedicata infine ai risultati ottenuti nell'analisi e definizione
dei metodi di progettazione, realizzazione e collaudo dei componenti ottici
per laser di potenza.
Il materiale raccolto in questi tre volumi fornisce elementi e metodiche
che costituiscono un prezioso punto di partenza per chi volesse entrare
nel settore ed una fonte di informazione molto accurata per chi, già nel
settore, volesse conoscere per le varie applicazioni la storia immediatamente
precedente agli sviluppi attuali.
Non esiste nella letteratura scientifica e tecnica italiana un analogo
complesso di lavori nel settore e queste monografie costituiscono una
significativa sintesi dei risultati di questa valida iniziativa di ricerca
applicata.
Il CNR, che con lungimiranza aveva seminato nel settore della ricerca
di base subito dopo la scoperta dei laser negli anni '60, ha potuto ancora
una volta dimostrare di saper investire efficacemente il capitale scientifico
che aveva generato e le risorse economiche che gli erano state affidate
anche nei settori applicativi.
Il merito di questo suc'cesso va a tutti i ricercatori che hanno contribuito
con il loro impegno a questa impresa impostando efficaci collaborazioni
interdisciplinari, va ai responsabili delle Unità Operative che hanno
guidato le ricerche fra mille difficoltà scientifiche e burocratiche,
va in particolare ai Responsabili di Sottoprogetto che, con un'opera paziente,
tenace e incisiva, hanno efficacemente coordinato le ricerche e naturalmente
va al Comitato Scientifico che ha orientato con saggezza la navigazione
non sempre facile del Progetto.
A tutti rivolgo i miei ringraziamenti più sentiti.
La supervisione e l'assitenza dei Comitati interessati: Comitato di Fisica
(comitato promotore), di Ingegneria (comitato guida), di Matematica, di
Medicina e Tecnologico sono state particolarmente utili ed efficaci nella
varie fasi di definizione e approvazione dei programmi esecutivi.
Ma il risultato forse più significativo anche se meno facilmente quantificabile,
è il patrimonio di conoscenze acquisite da un nutrito gruppo di ricercatori
e tecnici che si sono formati e specializzati in questo settore: questa
è la migliore premessa per il successo delle attività future.
Direttore del Progetto Finalizzato 'Laser di Potenza'
Prof. ALBERTO SONA
