V zadnjem pol stoletja so laserje uporabljali v oftalmologiji, onkologiji, plastični kirurgiji in na mnogih drugih področjih medicine in biomedicinskih raziskav.
Možnost uporabe svetlobe za zdravljenje bolezni je znana že tisočletja. Stari Grki in Egipčani so uporabljali sončno sevanje v terapiji, obe ideji pa sta bili povezani celo v mitologiji – grški bog Apolon je bil bog sonca in zdravljenja.
Šele po izumu koherentnega vira sevanja pred več kot 50 leti se je resnično razkril potencial uporabe svetlobe v medicini.
Laserji so zaradi svojih posebnih lastnosti veliko učinkovitejši od sevanja sonca ali drugih virov. Vsak kvantni generator deluje v zelo ozkem območju valovnih dolžin in oddaja koherentno svetlobo. Tudi laserji v medicini vam omogočajo ustvarjanje velikih moči. Snop energije se lahko koncentrira v zelo majhni točki, zaradi česar je dosežena njegova visoka gostota. Te lastnosti so privedle do tega, da se danes laserji uporabljajo na številnih področjih medicinske diagnostike, terapije in kirurgije.
Nega kože in oči
Uporaba laserja v medicini se je začela z oftalmologijo in dermatologijo. kvantnoGenerator je bil odprt leta 1960. In leto pozneje je Leon Goldman pokazal, kako bi lahko rubinasto rdeč laser uporabili v medicini za odstranjevanje kapilarne displazije, vrste rojstnega znamenja in melanoma.
Ta aplikacija temelji na sposobnosti koherentnih virov sevanja, da delujejo na določeni valovni dolžini. Koherentni viri sevanja se zdaj pogosto uporabljajo za odstranjevanje tumorjev, tetovaž, las in madežev.
Laserji različnih vrst in valovnih dolžin se uporabljajo v dermatologiji zaradi različnih vrst lezij, ki se zdravijo, in glavne vpojne snovi v njih. Valovna dolžina je odvisna tudi od bolnikovega tipa kože.
Danes se ne moremo ukvarjati z dermatologijo ali oftalmologijo brez laserjev, saj so postali glavno orodje za zdravljenje bolnikov. Uporaba kvantnih generatorjev za korekcijo vida in širok spekter oftalmoloških aplikacij se je povečala, potem ko je Charles Campbell leta 1961 postal prvi zdravnik, ki je v medicini uporabil rdeči laser za zdravljenje pacienta z odmikom mrežnice.
Pozneje so v ta namen oftalmologi začeli uporabljati argonske vire koherentnega sevanja v zelenem delu spektra. Tu so bile uporabljene lastnosti očesa, zlasti njegove leče, za fokusiranje žarka v območju odmika mrežnice. Visoko koncentrirana moč naprave jo dobesedno zvari.
Bolnikom z nekaterimi oblikami makularne degeneracije lahko koristi laserska kirurgija – laserska fotokoagulacija in fotodinamična terapija. V prvem postopku je žarek koherentensevanje se uporablja za tesnjenje krvnih žil in upočasnitev njihove patološke rasti pod makulo.
Podobne študije so bile narejene v štiridesetih letih prejšnjega stoletja s sončno svetlobo, vendar so zdravniki potrebovali edinstvene lastnosti kvantnih generatorjev, da bi jih uspešno zaključili. Naslednja uporaba argonskega laserja je bila zaustavitev notranje krvavitve. Selektivna absorpcija zelene svetlobe s hemoglobinom, pigmentom v rdečih krvnih celicah, je bila uporabljena za blokiranje krvavitev krvnih žil. Za zdravljenje raka uničijo krvne žile, ki vstopajo v tumor, in ga oskrbijo s hranili.
Tega ni mogoče doseči s sončno svetlobo. Medicina je zelo konzervativna, kot bi morala biti, vendar so viri koherentnega sevanja na različnih področjih uveljavljeni. Laserji v medicini so nadomestili številne tradicionalne instrumente.
Oftalmologija in dermatologija imata koristi tudi od ekscimernih virov koherentnega UV sevanja. Postali so široko uporabljeni za preoblikovanje roženice (LASIK) za korekcijo vida. Laserji v estetski medicini se uporabljajo za odstranjevanje madežev in gub.
Donosna kozmetična kirurgija
Takšen tehnološki razvoj je neizogibno priljubljen pri komercialnih vlagateljih, saj ima velik potencial za dobiček. Analitično podjetje Medtech Insight je leta 2011 ocenilo velikost trga laserske lepotne opreme na več kot milijardo ameriških dolarjev. Pravzaprav, kljubZaradi upadanja splošnega povpraševanja po medicinskih sistemih med svetovno recesijo, kozmetične kirurgije, ki temeljijo na kvantnih generatorjih, še naprej uživajo veliko povpraševanje v Združenih državah, ki so prevladujoči trg za laserske sisteme.
Vizualizacija in diagnostika
Laserji v medicini igrajo pomembno vlogo pri zgodnjem odkrivanju raka, pa tudi mnogih drugih bolezni. Na primer, v Tel Avivu se je skupina znanstvenikov začela zanimati za IR spektroskopijo z uporabo infrardečih virov koherentnega sevanja. Razlog za to je, da imata rak in zdravo tkivo lahko različno infrardečo prepustnost. Ena od obetavnih aplikacij te metode je odkrivanje melanomov. Pri kožnem raku je zgodnja diagnoza zelo pomembna za preživetje bolnikov. Trenutno odkrivanje melanoma poteka na oko, zato se je treba zanašati na spretnost zdravnika.
V Izraelu lahko vsaka oseba enkrat letno opravi brezplačen pregled za melanom. Pred nekaj leti so bile v enem od večjih zdravstvenih centrov izvedene študije, zaradi katerih je bilo mogoče jasno opaziti razliko v infrardečem območju med potencialnimi, a ne nevarnimi znaki in resničnim melanomom.
Katzir, organizator prve konference SPIE o biomedicinski optiki leta 1984, in njegova skupina v Tel Avivu sta razvila tudi optična vlakna, ki so prozorna za infrardeče valovne dolžine, kar omogoča razširitev metode na interno diagnostiko. Poleg tega je lahko hitra in neboleča alternativa brisu materničnega vratuginekologija.
Modri polprevodniški laser v medicini je našel uporabo v fluorescenčni diagnostiki.
Sistemi, ki temeljijo na kvantnih generatorjih, prav tako začenjajo nadomeščati rentgenske žarke, ki se tradicionalno uporabljajo v mamografiji. Rentgenski žarki postavljajo zdravnike pred težko dilemo: za zanesljivo odkrivanje raka potrebujejo visoko intenzivnost, vendar samo povečanje sevanja poveča tveganje za raka. Kot alternativo se preučuje možnost uporabe zelo hitrih laserskih impulzov za slikanje prsnega koša in drugih delov telesa, kot so možgani.
OCT za oči in še več
Laserji v biologiji in medicini so bili uporabljeni v optični koherenčni tomografiji (OCT), kar je povzročilo val navdušenja. Ta tehnika slikanja uporablja lastnosti kvantnega generatorja in lahko v realnem času zagotovi zelo jasne (v redu mikrona), presečne in tridimenzionalne slike biološkega tkiva. OCT se že uporablja v oftalmologiji in lahko na primer omogoči oftalmologu, da vidi presek roženice za diagnosticiranje bolezni mrežnice in glavkoma. Danes se tehnika začenja uporabljati tudi na drugih področjih medicine.
Eno največjih področij, ki izhajajo iz OCT, je slikanje arterij z optičnimi vlakni. Optično koherentno tomografijo lahko uporabimo za oceno raztrganega nestabilnega plaka.
Mikroskopija živih organizmov
Laserji v znanosti, tehnologiji, medicini tudi igrajoključno vlogo pri številnih vrstah mikroskopije. Na tem področju je bilo narejenih veliko novosti, katerih namen je vizualizirati dogajanje v pacientovem telesu brez uporabe skalpela.
Najtežji del pri odstranjevanju raka je potreba po nenehni uporabi mikroskopa, da se lahko kirurg prepriča, ali je vse opravljeno pravilno. Možnost mikroskopije v živo in v realnem času je pomemben napredek.
Nova uporaba laserjev v inženirstvu in medicini je skeniranje bližnjega polja optične mikroskopije, ki lahko ustvari slike z ločljivostjo, ki je veliko višja od ločljivosti standardnih mikroskopov. Ta metoda temelji na optičnih vlaknih z zarezami na koncih, katerih dimenzije so manjše od valovne dolžine svetlobe. To je omogočilo slikanje podvalovnih dolžin in postavilo temelje za slikanje bioloških celic. Uporaba te tehnologije v IR laserjih bo omogočila boljše razumevanje Alzheimerjeve bolezni, raka in drugih sprememb v celicah.
PDT in druga zdravljenja
Razvoj na področju optičnih vlaken pomaga razširiti možnosti uporabe laserjev na drugih področjih. Poleg tega, da omogočajo diagnostiko znotraj telesa, se lahko energija koherentnega sevanja prenese tja, kjer je potrebna. Lahko se uporablja pri zdravljenju. Fiber laserji postajajo vse bolj napredni. Radikalno bodo spremenili medicino prihodnosti.
Področje fotomedicine z uporabo fotoobčutljive kemikalijesnovi, ki na določen način delujejo s telesom, lahko uporabljajo kvantne generatorje tako za diagnosticiranje kot za zdravljenje bolnikov. Pri fotodinamični terapiji (PDT) lahko na primer laser in fotosenzitivno zdravilo obnovita vid pri bolnikih s "mokro" obliko starostne degeneracije rumene pege, ki je glavni vzrok slepote pri ljudeh, starejših od 50 let.
V onkologiji se določeni porfirini kopičijo v rakavih celicah in fluorescirajo, ko so osvetljeni z določeno valovno dolžino, kar kaže na lokacijo tumorja. Če te iste spojine nato osvetlimo z drugačno valovno dolžino, postanejo strupene in ubijejo poškodovane celice.
Rdeči plinski helij-neonski laser se v medicini uporablja pri zdravljenju osteoporoze, luskavice, trofičnih razjed itd., saj to frekvenco dobro absorbirajo hemoglobin in encimi. Sevanje upočasni vnetje, prepreči hiperemijo in oteklino ter izboljša krvni obtok.
Personalizirano zdravljenje
Genetika in epigenetika sta dve drugi področji, kjer je mogoče uporabiti laserje.
V prihodnosti se bo vse dogajalo na nanoskali, kar nam bo omogočilo, da bomo zdravili na ravni celice. Laserji, ki lahko generirajo femtosekundne impulze in se uglasijo na določene valovne dolžine, so idealni partnerji za zdravstvene delavce.
To bo odprlo vrata prilagojenemu zdravljenju na podlagi pacientovega individualnega genoma.
Leon Goldman - ustanoviteljlasersko zdravilo
Ko že govorimo o uporabi kvantnih generatorjev pri zdravljenju ljudi, ne moremo mimo omeniti Leona Goldmana. Znan je kot "oče" laserske medicine.
Že leto po izumu koherentnega vira sevanja je Goldman postal prvi raziskovalec, ki ga je uporabil za zdravljenje kožnih bolezni. Tehnika, ki jo je uporabil znanstvenik, je utrla pot nadaljnjemu razvoju laserske dermatologije.
Njegove raziskave sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja so privedle do uporabe rubinskega kvantnega generatorja v kirurgiji mrežnice in do odkritij, kot je sposobnost koherentnega sevanja, da hkrati reže kožo in zapre krvne žile, kar omejuje krvavitev.
Goldman, dermatolog na Univerzi v Cincinnatiju večino svoje kariere, je ustanovil Ameriško združenje za laserje v medicini in kirurgiji in pomagal postaviti temelje za lasersko varnost. Umrl 1997
miniaturizacija
Prvi 2-mikronski kvantni generatorji so bili velikosti dvojne postelje in so bili hlajeni s tekočim dušikom. Danes so se pojavili diodni laserji v velikosti dlani in še manjši laserji z vlakni. Te spremembe utirajo pot novim aplikacijam in razvoju. Medicina prihodnosti bo imela drobne laserje za operacijo možganov.
Zaradi tehnološkega napredka se stroški nenehno znižujejo. Tako kot so laserji postali običajni v gospodinjskih aparatih, so začeli igrati ključno vlogo pri bolnišnični opremi.
Če so bili prejšnji laserji v medicini zelo veliki inkompleksna, je današnja proizvodnja iz optičnih vlaken znatno znižala stroške, prehod na nanoskalo pa bo stroške še bolj zmanjšal.
Druge uporabe
Urologi lahko z laserjem zdravijo strikturo sečnice, benigne bradavice, sečne kamne, kontrakturo mehurja in povečanje prostate.
Uporaba laserja v medicini je nevrokirurgom omogočila natančne reze in endoskopske preiskave možganov in hrbtenjače.
Veterinarji uporabljajo laserje za endoskopske posege, koagulacijo tumorja, reze in fotodinamično terapijo.
Zobozdravniki uporabljajo koherentno sevanje za izdelavo lukenj, operacijo dlesni, protibakterijske postopke, desenzibilizacijo zob in oro-facialno diagnostiko.
laserska pinceta
Biomedicinski raziskovalci po vsem svetu uporabljajo optične pincete, sortirnike celic in številna druga orodja. Laserske pincete obljubljajo boljšo in hitrejšo diagnozo raka in so bile uporabljene za zajemanje virusov, bakterij, majhnih kovinskih delcev in DNK pramenov.
V optičnih pincetah se žarek koherentnega sevanja uporablja za zadrževanje in vrtenje mikroskopskih predmetov, podobno kot lahko kovinska ali plastična pinceta pobere majhne in lomljive predmete. Posamezne molekule je mogoče manipulirati tako, da jih pritrdite na mikronske stekelce ali polistirenske kroglice. Ko žarek zadene žogo, joukrivljen in ima rahel udarec, potisne žogo naravnost v središče žarka.
To ustvari "optično past", ki lahko ujame majhen delec v snop svetlobe.
Laser v medicini: prednosti in slabosti
Energija koherentnega sevanja, katerega intenzivnost je mogoče modulirati, se uporablja za rezanje, uničenje ali spreminjanje celične ali zunajcelične strukture bioloških tkiv. Poleg tega uporaba laserja v medicini, skratka, zmanjšuje tveganje okužbe in spodbuja celjenje. Uporaba kvantnih generatorjev v kirurgiji poveča natančnost disekcije, vendar so nevarni za nosečnice in obstajajo kontraindikacije za uporabo fotosenzibilizirajočih zdravil.
Zapletena struktura tkiv ne omogoča enoznačne interpretacije rezultatov klasičnih bioloških analiz. Laserji v medicini (fotografija) so učinkovito orodje za uničenje rakavih celic. Vendar močni viri koherentnega sevanja delujejo neselektivno in uničujejo ne le prizadeta, temveč tudi okoliška tkiva. Ta lastnost je pomembno orodje v tehniki mikrodisekcije, ki se uporablja za izvajanje molekularne analize na zanimivem mestu z zmožnostjo selektivnega uničenja odvečnih celic. Cilj te tehnologije je premagati heterogenost, ki je prisotna v vseh bioloških tkivih, da bi olajšali njihovo preučevanje v dobro opredeljeni populaciji. V tem smislu je laserska mikrodisekcija pomembno prispevala k razvoju raziskav, k razumevanjufiziološke mehanizme, ki jih je danes mogoče jasno prikazati na ravni populacije in celo posamezne celice.
Današnja funkcionalnost tkivnega inženiringa je postala pomemben dejavnik v razvoju biologije. Kaj se zgodi, če se aktinska vlakna med delitvijo prerežejo? Ali bo zarodek drozofile stabilen, če se celica med zlaganjem uniči? Kateri parametri so vključeni v meristemsko območje rastline? Vse te težave je mogoče rešiti z laserji.
Nanomedicina
V zadnjem času se je pojavilo veliko nanostruktur z lastnostmi, primernimi za vrsto bioloških aplikacij. Najpomembnejši med njimi so:
- kvantne pike so drobni nanometrski delci, ki oddajajo svetlobo, ki se uporabljajo pri zelo občutljivem celičnem slikanju;
- magnetni nanodelci, ki so našli uporabo v medicinski praksi;
- polimerni delci za inkapsulirane terapevtske molekule;
- kovinski nanodelci.
Razvoj nanotehnologije in uporaba laserjev v medicini, skratka, sta spremenila način dajanja zdravil. Suspenzije nanodelcev, ki vsebujejo zdravila, lahko s selektivnim vplivom na prizadeta tkiva in celice povečajo terapevtski indeks številnih spojin (povečajo topnost in učinkovitost, zmanjšajo toksičnost). Dovajajo učinkovino in tudi uravnavajo sproščanje aktivne sestavine kot odziv na zunanjo stimulacijo. Nanoteranostika je še dljeeksperimentalni pristop, ki omogoča dvojno uporabo nanodelcev, zdravilnih spojin, orodij za zdravljenje in diagnostično slikanje, kar odpira pot do prilagojenega zdravljenja.
Uporaba laserjev v medicini in biologiji za mikrodisekcijo in fotoablacijo je omogočila razumevanje fizioloških mehanizmov razvoja bolezni na različnih ravneh. Rezultati bodo pomagali določiti najboljše metode diagnoze in zdravljenja za vsakega bolnika. Nepogrešljiv bo tudi razvoj nanotehnologije v tesni povezavi z napredkom na področju slikanja. Nanomedicina je obetavna nova oblika zdravljenja nekaterih vrst raka, nalezljivih bolezni ali diagnostike.
