Laseri u medicini. Primjena lasera u medicini i znanosti

U proteklih pedeset godina laseri se koriste u oftalmologiji, onkologija, plastične kirurgije i mnogim drugim područjima medicine i biomedicinskih istraživanja.

O mogućnosti korištenja svjetla za liječenje bolesti poznato je prije nekoliko tisuća godina. Stari Grci i Egipćani koristili solarnu radijacijsku terapiju, a ove dvije ideje i međusobno povezane u mitologiji - grčki bog Apolon je bio bog sunca i ozdravljenja.

I tek nakon što je izum izvor koherentnog zračenja prije više od 50 godina doista otkrio potencijal korištenja svjetlosti u medicini.

Zbog posebnih svojstava, laseri su mnogo učinkovitiji od zračenja sunca ili drugih izvora. Svaki kvantni oscilator djeluje u vrlo uskom rasponu valnih duljina i emitira koherentno svjetlo. Također, laseri u medicini omogućuju stvaranje velikih kapaciteta. Energetska zraka može se koncentrirati na vrlo maloj točki, tako da se postiže njegova visoka gustoća. Ova svojstva dovela su do činjenice da se danas laseri koriste u mnogim područjima medicinske dijagnostike, terapije i operacije.

Liječenje kože i očiju

Upotreba lasera u medicini počela je s oftalmologijom i dermatologijom. Kvantni generator je otkrio 1960. godine. Godinu dana kasnije, Leon Goldman je pokazao kako se rubin crveni laser u medicini može koristiti za uklanjanje kapilarnu displaziju, neku vrstu birthmarks i melanom.

Ova se aplikacija temelji na sposobnosti izvora koherentnog zračenja da djeluje na određenoj valnoj duljini. Izvori koherentnog zračenja sada su naširoko koristi za uklanjanje tumora, tetovaža, kose i molova.

U dermatologiji koriste se laseri raznih tipova i valnih duljina, uzrokovani različitim vrstama ljekovitih lezija i glavnim apsorbirajućim tvarima unutar njih. valna duljina također ovisi o tipu kože pacijenta.

Danas je nemoguće prakticirati dermatologiji i oftalmologiji bez lasera, jer su postali osnovni alati za njegu bolesnika. Uporaba lasera za korekciju vida i raznih oftalmoloških prijava porastao nakon Charles Campbell 1961. godine postao prvi liječnik koristiti crveni laser u medicini za liječenje pacijenta s mrežnice odreda.

Kasnije u tu svrhu, oftalmolozi su počeli koristiti izvore argona koherentnog zračenja u zelenom dijelu spektra. Ovdje su svojstva oka, naročito njezine leće, korištena za fokusiranje zrake na području odjeljka retine. Visoko koncentrirana snaga aparata doslovno zavaruje.

Laserska kirurgija, laserska koagulacija i fotodinamička terapija mogu pomoći bolesnicima kod nekih oblika makularne degeneracije. U prvom postupku, zračenje koherentnog zračenja koristi se za zatvaranje krvnih žila i usporavanje njihovog patološkog rasta pod makulom.

Slična istraživanja provedena su 1940. godine na suncu, ali za njihovu uspješnom završetku liječnicima su potrebne jedinstvena svojstva kvantnih generatora. Sljedeća primjena argonskog lasera bila je zaustavljanje unutarnjeg krvarenja. Selektivna apsorpcija zeleno svjetlo hemoglobina - pigment crvenih krvnih stanica - se koristi za blokiranje krvarenje krvne žile. Za liječenje raka, krvne žile koje ulaze u tumor i opskrbljuju ga hranjivim tvarima su uništene.

To se ne može postići pomoću sunčeve svjetlosti. Medicina je vrlo konzervativna, kao što bi trebala biti, ali izvori koherentnog zračenja prepoznati su u različitim područjima. Laseri u medicini zamijenili su mnoge tradicionalne instrumente.

Oftalmologija i dermatologija također su imale koristi od excimer izvora koherentnog zračenja u ultraljubičastom području. Postali su naširoko koristi za promjenu oblika rožnice (LASIK) za korekciju vida. Laseri u estetskoj medicini koriste se za uklanjanje mrlja i bora.

Profesionalna estetska kirurgija

Takva tehnološka dostignuća neizbježno su popularna među komercijalnim investitorima, jer imaju ogroman potencijal za profit. Analitička tvrtka Medtech Insight u 2011. procijenila je opseg tržišta laserske kozmetičke opreme vrijedne više od milijardu dolara. Doista, unatoč padu ukupne potražnje za medicinskim sustavima tijekom globalne recesije, kozmetičke operacije zasnovane na korištenju kvantnih generatora i dalje su tražene u Sjedinjenim Američkim Državama, dominantnim tržištem laserskih sustava.

Vizualizacija i dijagnostika

Laseri u medicini igraju važnu ulogu u ranom otkrivanju raka, kao i mnogih drugih bolesti. Na primjer, u Tel Avivu, skupina znanstvenika zainteresirani infracrvena spektroskopija pomoću infracrvenih izvora koherentnog zračenja. Razlog tome je da rak i zdravo tkivo mogu imati različitu prohodnost u infracrvenom području. Jedna od obećavajućih primjena ove metode je otkrivanje melanoma. Kod raka kože, rana dijagnoza je vrlo važna za opstanak bolesnika. Trenutno, otkrivanje melanoma je učinjeno očima, pa se i dalje treba oslanjati na vještinu liječnika.

U Izraelu, jednom godišnje, svaka osoba može ići na besplatno probiranje melanoma. Prije nekoliko godina u jednoj od glavnih medicinskih centara vodio studiju, što je rezultiralo u priliku da jasno vidjeti razlika u infracrvenom području razlike između potencijala, ali ne i opasne karakteristike, a sadašnji melanoma.

Katzir, organizator prve konferencije SPIE biomedicinske Optika 1984. godine, a njegov tim u Tel Avivu razvili optička vlakna koja su transparentna infracrvenih valnih duljina, dopuštajući produžiti ovu metodu za unutarnje dijagnostike. Osim toga, to može biti brz i bezbolan alternativa brisa grlića maternice u ginekologiji.

plava poluvodički laser u medicini je pronašao primjenu u fluorescentnoj dijagnostici.

Sustavi zasnovani na kvantnim generatorima također počinju zamijeniti rendgenske zrake, koji se tradicionalno koriste u mamografiji. X-zrake daju liječnicima tešku dilemu: pouzdano otkrivanje karcinoma zahtijeva njihovu veliku intenzivnost, ali povećanje zračenja sama povećava rizik od raka. Alternativno se proučava mogućnost korištenja vrlo brzih laserskih impulsa za snimanje dojki i drugih dijelova tijela, kao što je mozak.

OCT za oči, a ne samo

Laseri u biologiji i medicini koristi se u optičke koherentne tomografije (OCT), što je izazvalo val oduševljenja. Ova metoda vizualizacije koristi maser svojstva i mogu dati vrlo jasne (reda veličine mikrona), u stvarnom vremenu trodimenzionalnu sliku i križ biološkog tkiva. Listopad već primjenjuje u oftalmologiji, i može, na primjer, omogućiti da oftalmologa vidjeti presjek rožnice za dijagnosticiranje poremećaja mrežnice i glaukom. Danas se tehnologija također koristi u drugim područjima medicine.

Jedno od najvećih površina koje tvori OCT bavi se dobivanjem svjetlovodnih slika arterija. Optička koherentna tomografija mogu se koristiti za procjenu stanja nestabilnog plaka sklona rupturu.

Mikroskopija živih organizama

Laseri u znanosti, tehnologiji i medicini također igraju ključnu ulogu u mnogim vrstama mikroskopije. U ovom području napravljen je veliki broj događaja, čija je svrha zamišljati što se događa unutar pacijentovog tijela bez korištenja skalpela.

Najteža stvar u uklanjanju raka je potreba stalnog korištenja usluga mikroskopa, tako da kirurg može biti siguran da je sve ispravno. Sposobnost mikroskopije "živjeti" i u stvarnom vremenu je značajan uspjeh.

Nova primjena lasera u umjetnosti i medicine - skeniranje gotovo polje optičkog mikroskopa, koji može proizvesti slike s rezolucijom mnogo veće od onih uobičajenih mikroskopa. Ova metoda temelji se na optičkim vlaknima s urezima na krajevima, dimenzije manjih od valne duljine svjetlosti. To je omogućilo subvalnu vizualizaciju i postavilo temelje za sliku bioloških stanica. Upotreba ove tehnologije u IR laseri omogućit će bolje razumijevanje Alzheimerove bolesti, raka i drugih promjena u stanicama.

PDT i druge tretmane

Razvoj u području optičkih vlakana pomaže proširiti mogućnosti korištenja lasera u drugim sferama. Osim toga, da dopuštaju dijagnostiku unutar tijela, energija koherentnog zračenja može se prenijeti tamo gdje je to potrebno. Može se koristiti u liječenju. Svjetlovodni laseri postati mnogo napredniji. Radikalno će promijeniti medicinu budućnosti.

Područje Photomedicine, koristeći svjetlo-osjetljive kemikalije koje su u interakciji s tijelom na poseban način, mogu posegnuti za korištenjem lasera i za dijagnostiku i liječenje bolesnika. U fotodinamička terapija (PDT), na primjer, laser i fotoosjetljivi droga može vratiti vid u bolesnika s „vlažnom” oblika senilne makularne degeneracije, glavnog uzroka sljepoće u ljudi starijih od 50 godina.

U onkologiji neki porfirini nakupljaju u stanicama raka i fluoresciraju kada osvijetljen određene valne duljine, što ukazuje na mjesto tumora. Ako ti isti spojevi budu osvjetljeni drugim valnim duljinama, oni postaju toksični i ubijete oštećene stanice.

Red helij-neonski laser u medicini koristi se u liječenju osteoporoze, psorijaze, trofičnih ulkusa itd., Budući da je ta frekvencija dobro apsorbirana hemoglobinom i enzimima. Zračenje usporava upalu, sprječava ispiranje i oticanje, poboljšava protok krvi.

Osobno liječenje

Još dva područja u kojima postoji aplikacija za lasere - genetika i epigenetika.

U budućnosti, sve će se dogoditi na nanoskopu, što će nam omogućiti praksu medicine na staničnoj skali. Laseri koji mogu generirati femtosekundne pulseve i biti prilagođeni određenoj valnoj duljini idealni su partneri za liječnike.

Time će se otvoriti vrata za personalizirani tretman temeljen na individualnom genomu bolesnika.

Leon Goldman - osnivač laserske medicine

Govoreći o korištenju kvantnih generatora u liječenju ljudi, nemoguće je spomenuti Leon Goldmana. Poznat je kao "otac" laserske medicine.

Godinu dana nakon izuma izvora koherentnog zračenja, Goldman je postao prvi istraživač koji je primjenjivao za liječenje bolesti kože. Tehnika koju je primijenio znanstvenik utro put je za naknadni razvoj laserske dermatologije.

Njegovo istraživanje je sredinom 1960-ih doveo na korištenje rubin Maser u kirurgiji mrežnice i takvih otkrića kao mogućnost koherentnog zračenja istovremeno rezati kožu i pečat krvne žile, ograničavajući krvarenje.

Goldman, koji je tijekom cijele karijere radio kao dermatolog na Sveučilištu u Cincinnatiju, osnovao Američko društvo lasera u medicini i kirurgiji i pomogao u postavljanju temelja za sigurnost lasera. Umro je 1997. godine.

minijaturizacija

Prvi kvantni generatori veličine 2 mikrona bili su veličine dvostrukog kreveta i hlađeni s tekućim dušikom. Danas postoje diode, uklapaju se u dlan vaše ruke, a još više minijaturnih lasera vlakana. Ova vrsta promjena utire put za nove primjene i razvoj. Budući lijek će imati sitne lasere za operaciju mozga.

Zahvaljujući tehnološkom napretku, stalno se smanjuju troškovi. Baš kao što su se laseri upoznali u kućanskih aparata, počeli su igrati ključnu ulogu u bolničkoj opremi.

Ranije, laseri u medicini bili su vrlo veliki i složeni, danas njihova proizvodnja od optičkih vlakana značajno smanjuje troškove, a prijelaz na nanostupanjski sustav dodatno će smanjiti troškove.

Ostale aplikacije

Koristeći lasere, urolozi mogu liječiti uretralno stezanje, benigne bradavice, mokraćni kamen, kontraktura mokraćnog mjehura i povećanje prostate.

Upotreba lasera u medicini dopuštala je neurokirurgima da precizno inciraju i izvode endoskopsku kontrolu mozga i leđne moždine.

Veterinari koriste lasere za endoskopske postupke, koagulaciju tumora, rezove i fotodinamičku terapiju.

Stomatolozi koriste koherentno zračenje za izradu rupa, u kirurgiji guma, za provođenje antibakterijskih postupaka, desenzitizaciju zuba i dijagnostiku roto-lica.

Laserski pinceta

Biomedicinski istraživači širom svijeta koriste optičke pincete, stanične sortere i mnoge druge alate. Laserski pinceta obećava bolje i brže dijagnosticiranje raka te su korišteni za hvatanje virusa, bakterija, malih metalnih čestica i DNA niti.

U optičkim pincetama, snop koherentnog zračenja koristi se za držanje i rotaciju mikroskopskih objekata, baš kao što metalni ili plastični pincetni uređaji mogu pokupiti male i krhke predmete. Pojedinačne molekule mogu se manipulirati tako da se pričvršćuju na staklo veličine mikrona ili stakla od polistirena. Kada snopa udarne lopte, ona se savija i ima malo učinka, gurajući loptu ravno u središte snopa.

To stvara "optički zamku" koji može držati malu česticu u zračnoj svjetlosti.

Laser u medicini: prednosti i mane

Energija koherentnog zračenja, čiji se intenzitet može modulirati, koristi se za analizu, uništavanje ili promjenu stanične ili izvanstanične strukture bioloških tkiva. Osim toga, korištenje lasera u medicini, ukratko, smanjuje rizik od infekcije i potiče iscjeljenje. Korištenje kvantnih generatora u kirurgiji povećava točnost disekcije, međutim, oni predstavljaju opasnost za trudnice i postoje kontraindikacije u korištenju fotosenzibilizirajućih lijekova.

Kompleksna struktura tkiva ne dopušta jednoznačno tumačenje rezultata klasičnih bioloških analiza. Laseri u medicini (foto) učinkovito su sredstvo za uništavanje stanica raka. Međutim, moćni izvori koherentnog zračenja djeluju neselektivno i uništavaju ne samo pogođeni nego i okolno tkivo. Ova je imovina važan alat za mikrosekcijsku metodu, koja se koristi za provođenje molekularne analize na mjestu zanimanja s mogućnošću selektivnog uništavanja viška stanica. Svrha ove tehnologije je prevladavanje heterogenosti prisutnih u svim biološkim tkivima, kako bi se olakšalo njihovo istraživanje na jasno definiranoj populaciji. U tom smislu, laserska mikrosekcija je značajno doprinijela razvoju istraživanja, razumijevanju fizioloških mehanizama koji se sada mogu jasno pokazati na razini stanovništva pa čak i jedne stanice.

Funkcionalno inženjerstvo tkiva danas je postalo glavni čimbenik u razvoju biologije. Što se događa ako odsječete aktinske vlakna tijekom podjele? Hoće li embrij Drosophila biti stabilan ako je stanica uništena u presavijanju? Koji su parametri uključeni u meristemsku zonu postrojenja? Sva ta pitanja mogu se riješiti uz pomoć lasera.

Nanomedicine

Nedavno su se pojavile mnoge nanostrukture koje imaju svojstva pogodna za različite biološke primjene. Najvažnije od njih su:

• kvantne točkice su sićušne čestice nanočestica koje emitiraju svjetlost u visoko osjetljivom staničnom slikanju;
• magnetske nanočestice, koje su pronašle primjenu u medicinskoj praksi;
• polimerne čestice za kapsulirane terapijske molekule;
• metalne nanočestice.

Razvoj nanotehnologije i upotreba lasera u medicini, ukratko, revolucionirao je način uvođenja lijekova. Suspenzije nanočestice koje sadrže lijekove mogu povećati terapeutski indeks mnogih spojeva (povećati topljivost i djelotvornost, smanjiti toksičnost) selektivnim djelovanjem na zahvaćena tkiva i stanice. Daju aktivnu tvar, kao i reguliraju oslobađanje aktivnog sastojka kao odgovor na vanjsku stimulaciju. Nanoterapija je daljnji eksperimentalni pristup koji omogućuje dvostruku upotrebu nanočestica, spojeva lijekova, alata za terapiju i dijagnostičke slike, koja otvara put do personaliziranog liječenja.

Korištenje lasera u medicini i biologiji za mikrodiseksiju i fotoablaciju omogućilo je razumijevanje na različitim razinama fizioloških mehanizama razvoja bolesti. Rezultati će pomoći u određivanju najboljih metoda dijagnoze i liječenja svakog pacijenta. Razvoj nanotehnologije u uskoj vezi s postignućima na području vizualizacije također će biti nezamjenjiv. Nanomedicin je obećavajući novi oblik liječenja nekih vrsta raka, zaraznih bolesti ili dijagnostike.