I løpet av det siste halve århundret har lasere blitt brukt innen oftalmologi, onkologi, plastisk kirurgi og mange andre områder innen medisin og biomedisinsk forskning.
Muligheten for å bruke lys for å behandle sykdommer har vært kjent i tusenvis av år. De gamle grekerne og egypterne brukte solstråling i terapi, og de to ideene ble til og med knyttet sammen i mytologien – den greske guden Apollo var solens og helbredelsens gud.
Det var først etter oppfinnelsen av den koherente strålingskilden for mer enn 50 år siden at potensialet ved bruk av lys i medisin virkelig ble avslørt.
På grunn av deres spesielle egenskaper er lasere mye mer effektive enn stråling fra solen eller andre kilder. Hver kvantegenerator opererer i et veldig sm alt bølgelengdeområde og sender ut koherent lys. Dessuten lar lasere i medisin deg skape høye krefter. Energistrålen kan konsentreres i et veldig lite punkt, på grunn av hvilket dens høye tetthet oppnås. Disse egenskapene har ført til at lasere i dag brukes innen mange områder innen medisinsk diagnostikk, terapi og kirurgi.
Hud- og øyebehandling
Bruken av laser i medisin begynte med oftalmologi og dermatologi. KvanteGeneratoren ble åpnet i 1960. Og et år senere demonstrerte Leon Goldman hvordan den rubinrøde laseren kunne brukes i medisin for å fjerne kapillærdysplasi, en type fødselsmerke, og melanom.
Denne applikasjonen er basert på evnen til koherente strålingskilder til å operere ved en viss bølgelengde. Koherente strålekilder er nå mye brukt for å fjerne svulster, tatoveringer, hår og føflekker.
Lasere av forskjellige typer og bølgelengder brukes i dermatologi, på grunn av forskjellige typer lesjoner som kureres og det viktigste absorberende stoffet inne i dem. Bølgelengden avhenger også av pasientens hudtype.
I dag kan man ikke praktisere dermatologi eller oftalmologi uten å ha lasere, da de har blitt hovedverktøyet for å behandle pasienter. Bruken av kvantegeneratorer for synskorreksjon og et bredt spekter av oftalmiske bruksområder vokste etter at Charles Campbell ble den første legen som brukte en rød laser i medisin i 1961 for å behandle en pasient med netthinneavløsning.
Senere, for dette formålet, begynte øyeleger å bruke argonkilder for koherent stråling i den grønne delen av spekteret. Her ble egenskapene til selve øyet, spesielt linsen, brukt til å fokusere strålen i området med netthinneavløsning. Den svært konsentrerte kraften til enheten sveiser henne bokstavelig t alt.
Pasienter med noen former for makuladegenerasjon kan ha nytte av laserkirurgi – laserfotokoagulasjon og fotodynamisk terapi. I den første prosedyren, strålen av sammenhengendestråling brukes til å forsegle blodårer og bremse deres patologiske vekst under makulaen.
Lignende studier ble gjort på 1940-tallet med sollys, men legene trengte de unike egenskapene til kvantegeneratorer for å fullføre dem. Den neste bruken av argonlaseren var å stoppe indre blødninger. Selektiv absorpsjon av grønt lys av hemoglobin, et pigment i røde blodlegemer, har blitt brukt til å blokkere blødende blodårer. For å behandle kreft ødelegger de blodårene som kommer inn i svulsten og forsyner den med næringsstoffer.
Dette kan ikke oppnås med sollys. Medisin er veldig konservativ, som den skal være, men kilder til koherent stråling har fått aksept på ulike felt. Lasere i medisin har erstattet mange tradisjonelle instrumenter.
Oftalmologi og dermatologi har også dratt nytte av excimer-kilder til koherent UV-stråling. De har blitt mye brukt til omforming av hornhinnen (LASIK) for synskorreksjon. Lasere i estetisk medisin brukes til å fjerne urenheter og rynker.
Lønnsom kosmetisk kirurgi
Slike teknologiske utviklinger er uunngåelig populære blant kommersielle investorer, siden de har et enormt potensial for profitt. Det analytiske selskapet Medtech Insight estimerte i 2011 størrelsen på markedet for laserskjønnhetsutstyr til mer enn 1 milliard amerikanske dollar. Faktisk, til trossfallende total etterspørsel etter medisinske systemer under den globale nedgangen, kvantegeneratorbaserte kosmetiske operasjoner fortsetter å nyte sterk etterspørsel i USA, det dominerende markedet for lasersystemer.
Visualisering og diagnostikk
Lasere i medisin spiller en viktig rolle i tidlig oppdagelse av kreft, så vel som mange andre sykdommer. For eksempel, i Tel Aviv, ble en gruppe forskere interessert i IR-spektroskopi ved bruk av infrarøde kilder til koherent stråling. Grunnen til dette er at kreft og friskt vev kan ha ulik infrarød permeabilitet. En av de lovende anvendelsene av denne metoden er påvisning av melanomer. Ved hudkreft er tidlig diagnose svært viktig for pasientens overlevelse. For øyeblikket utføres melanomdeteksjon med øyet, så det gjenstår å stole på legens dyktighet.
I Israel kan hver person gå på en gratis melanomscreening en gang i året. For noen år siden ble det utført studier i et av de store medisinske sentrene, som et resultat av at det ble mulig å tydelig observere forskjellen i det infrarøde området mellom potensielle, men ikke farlige tegn, og ekte melanom.
Katzir, arrangøren av den første SPIE-konferansen om biomedisinsk optikk i 1984, og hans gruppe i Tel Aviv utviklet også optiske fibre som er transparente for infrarøde bølgelengder, slik at metoden kan utvides til intern diagnostikk. I tillegg kan det være et raskt og smertefritt alternativ til en utsmøring av livmorhalsengynekologi.
Blå halvlederlaser i medisin har funnet anvendelse i fluorescensdiagnostikk.
Systemer basert på kvantegeneratorer begynner også å erstatte røntgenstråler, som tradisjonelt har vært brukt i mammografi. Røntgenbilder stiller leger med et vanskelig dilemma: de trenger høy intensitet for pålitelig å oppdage kreft, men selve økningen i stråling øker risikoen for kreft. Som et alternativ studeres muligheten for å bruke svært raske laserpulser for å avbilde brystet og andre deler av kroppen, som hjernen.
OKT for øyne og mer
Lasere i biologi og medisin har blitt brukt i optisk koherenstomografi (OCT), noe som har skapt en bølge av entusiasme. Denne bildeteknikken bruker egenskapene til en kvantegenerator og kan gi svært klare (i størrelsesorden en mikron), tverrsnitts- og tredimensjonale bilder av biologisk vev i sanntid. OCT brukes allerede innen oftalmologi, og kan for eksempel la en øyelege se et tverrsnitt av hornhinnen for å diagnostisere netthinnesykdommer og glaukom. I dag begynner teknikken å bli brukt også på andre områder innen medisinen.
Et av de største feltene som dukker opp fra oktober er fiberoptisk avbildning av arteriene. Optisk koherenstomografi kan brukes til å evaluere en sprukket ustabil plakk.
Mikroskopi av levende organismer
Lasere innen vitenskap, teknologi, medisin spiller ogsåen nøkkelrolle i mange typer mikroskopi. Det er gjort en lang rekke utviklinger på dette området, som har som formål å visualisere hva som skjer inne i pasientens kropp uten bruk av skalpell.
Den vanskeligste delen med å fjerne kreft er behovet for konstant å bruke et mikroskop slik at kirurgen kan forsikre seg om at alt blir gjort riktig. Evnen til å utføre direkte og sanntidsmikroskopi er et betydelig fremskritt.
En ny anvendelse av lasere innen ingeniørvitenskap og medisin er nærfeltskanning av optisk mikroskopi, som kan produsere bilder med en oppløsning som er mye høyere enn standardmikroskoper. Denne metoden er basert på optiske fibre med hakk i endene, hvis dimensjoner er mindre enn lysets bølgelengde. Dette muliggjorde subbølgelengdeavbildning og la grunnlaget for avbildning av biologiske celler. Bruken av denne teknologien i IR-lasere vil gi en bedre forståelse av Alzheimers sykdom, kreft og andre endringer i cellene.
PDT og andre behandlinger
Utviklingen innen optiske fibre bidrar til å utvide mulighetene for å bruke lasere på andre områder. I tillegg til at de tillater diagnostikk inne i kroppen, kan energien til koherent stråling overføres dit den er nødvendig. Det kan brukes i behandling. Fiberlasere blir mye mer avanserte. De vil radik alt endre fremtidens medisin.
Feltet for fotomedisin ved bruk av lysfølsomt kjemikaliestoffer som interagerer med kroppen på en bestemt måte kan bruke kvantegeneratorer til både å diagnostisere og behandle pasienter. I fotodynamisk terapi (PDT), for eksempel, kan en laser og et lysfølsomt medikament gjenopprette synet hos pasienter med den "våte" formen for aldersrelatert makuladegenerasjon, den viktigste årsaken til blindhet hos personer over 50 år.
I onkologi akkumuleres visse porfyriner i kreftceller og fluorescerer når de belyses ved en viss bølgelengde, noe som indikerer plasseringen av svulsten. Hvis de samme forbindelsene blir belyst med en annen bølgelengde, blir de giftige og dreper skadede celler.
Den røde gassen helium-neon laser brukes i medisin i behandlingen av osteoporose, psoriasis, trofiske sår, etc., siden denne frekvensen absorberes godt av hemoglobin og enzymer. Stråling bremser betennelse, forhindrer hyperemi og hevelse, og forbedrer blodsirkulasjonen.
Personlig behandling
Genetikk og epigenetikk er to andre områder der lasere kan brukes.
I fremtiden vil alt skje på nanoskala, noe som vil tillate oss å gjøre medisin i cellens skala. Lasere som kan generere femtosekundpulser og stille inn spesifikke bølgelengder er ideelle partnere for medisinske fagfolk.
Dette vil åpne for personlig tilpasset behandling basert på pasientens individuelle genom.
Leon Goldman - grunnleggerenlasermedisin
Når man snakker om bruken av kvantegeneratorer i behandlingen av mennesker, kan man ikke unngå å nevne Leon Goldman. Han er kjent som "faren" til lasermedisin.
Allerede et år etter å ha oppfunnet den koherente strålingskilden, ble Goldman den første forskeren som brukte den til å behandle hudsykdommer. Teknikken som forskeren brukte banet vei for den videre utviklingen av laserdermatologi.
Forskingen hans på midten av 1960-tallet førte til bruken av rubin-kvantegeneratoren i netthinnekirurgi og oppdagelser som evnen til koherent stråling til samtidig å kutte hud og forsegle blodårer, noe som begrenser blødninger.
Goldman, en hudlege ved University of Cincinnati i det meste av sin karriere, grunnla American Society for Lasers in Medicine and Surgery og bidro til å legge grunnlaget for lasersikkerhet. Døde 1997
Miniaturization
De første 2-mikron kvantegeneratorene var på størrelse med en dobbeltseng og ble avkjølt med flytende nitrogen. I dag har det dukket opp diodelasere i håndflatestørrelse og enda mindre fiberlasere. Disse endringene baner vei for nye applikasjoner og utviklinger. Fremtidens medisin vil ha bittesmå lasere for hjernekirurgi.
På grunn av teknologisk fremgang er det en konstant reduksjon i kostnadene. Akkurat som laser har blitt vanlig i husholdningsapparater, har de begynt å spille en nøkkelrolle i sykehusutstyr.
Hvis tidligere lasere i medisin var veldig store ogkompleks, har dagens produksjon fra optisk fiber redusert kostnadene betydelig, og overgangen til nanoskala vil redusere kostnadene enda mer.
Annen bruk
Urologer kan behandle urethral striktur, godartede vorter, urinstein, blærekontraktur og prostataforstørrelse med laser.
Bruken av laseren i medisin har gjort det mulig for nevrokirurger å gjøre nøyaktige snitt og endoskopiske undersøkelser av hjernen og ryggmargen.
Veterinærer bruker laser til endoskopiske prosedyrer, tumorkoagulasjon, snitt og fotodynamisk terapi.
Tannleger bruker koherent stråling for hulltaking, tannkjøttkirurgi, antibakterielle prosedyrer, dental desensibilisering og oro-ansiktsdiagnostikk.
Laserpinsett
Biomedisinske forskere over hele verden bruker optisk pinsett, cellesorterere og mange andre verktøy. Laserpinsett lover bedre og raskere kreftdiagnose og har blitt brukt til å fange opp virus, bakterier, små metallpartikler og DNA-tråder.
I optisk pinsett brukes en stråle med koherent stråling for å holde og rotere mikroskopiske gjenstander, på samme måte som en pinsett av metall eller plast kan fange opp små og skjøre gjenstander. Individuelle molekyler kan manipuleres ved å feste dem til mikronstore lysbilder eller polystyrenkuler. Når strålen treffer ballen, er denkurver og har en liten støt, og skyver ballen rett inn i midten av strålen.
Dette skaper en "optisk felle" som er i stand til å fange en liten partikkel i en lysstråle.
Laser i medisin: fordeler og ulemper
Energien til koherent stråling, hvis intensitet kan moduleres, brukes til å kutte, ødelegge eller endre den cellulære eller ekstracellulære strukturen til biologisk vev. I tillegg reduserer bruken av lasere i medisinen, kort sagt, risikoen for infeksjon og stimulerer til helbredelse. Bruk av kvantegeneratorer i kirurgi øker nøyaktigheten av disseksjon, men de er farlige for gravide kvinner og det er kontraindikasjoner for bruk av fotosensibiliserende medikamenter.
Den komplekse strukturen til vev tillater ikke en entydig tolkning av resultatene fra klassiske biologiske analyser. Lasere i medisin (bilde) er et effektivt verktøy for å ødelegge kreftceller. Imidlertid virker kraftige kilder til koherent stråling vilkårlig og ødelegger ikke bare de berørte, men også det omkringliggende vevet. Denne egenskapen er et viktig verktøy i mikrodisseksjonsteknikken som brukes til å utføre molekylær analyse på et sted av interesse med evnen til selektivt å ødelegge overflødige celler. Målet med denne teknologien er å overvinne heterogeniteten som er tilstede i alle biologiske vev for å lette deres studie i en veldefinert populasjon. I denne forstand har lasermikrodisseksjon gitt et betydelig bidrag til utvikling av forskning, til forståelsefysiologiske mekanismer som i dag tydelig kan demonstreres på nivå med en populasjon og til og med en enkelt celle.
Funksjonaliteten til vevsteknikk i dag har blitt en viktig faktor i utviklingen av biologi. Hva skjer hvis aktinfibre kuttes under deling? Vil et Drosophila-embryo være stabilt hvis cellen blir ødelagt under folding? Hva er parametrene involvert i meristemsonen til en plante? Alle disse problemene kan løses med lasere.
Nanomedisin
Nylig har det dukket opp mange nanostrukturer med egenskaper som egner seg for en rekke biologiske bruksområder. De viktigste av dem er:
- kvanteprikker er små lysemitterende partikler på nanometerstørrelse som brukes i svært sensitiv cellulær bildebehandling;
- magnetiske nanopartikler som har funnet anvendelse i medisinsk praksis;
- polymerpartikler for innkapslede terapeutiske molekyler;
- metallnanopartikler.
Utviklingen av nanoteknologi og bruken av lasere i medisin har kort sagt revolusjonert måten legemidler administreres på. Suspensjoner av nanopartikler som inneholder legemidler kan øke den terapeutiske indeksen til mange forbindelser (øke løselighet og effekt, redusere toksisitet) ved selektivt å påvirke berørte vev og celler. De leverer den aktive ingrediensen og regulerer også frigjøringen av den aktive ingrediensen som svar på ekstern stimulering. Nanotheranostics er videreen eksperimentell tilnærming som tillater dobbel bruk av nanopartikler, medikamentforbindelser, terapi og bildediagnostiske verktøy, noe som åpner veien for personlig behandling.
Bruken av lasere i medisin og biologi for mikrodisseksjon og fotoablasjon gjorde det mulig å forstå de fysiologiske mekanismene for sykdomsutvikling på ulike nivåer. Resultatene vil bidra til å bestemme de beste metodene for diagnose og behandling for hver pasient. Utvikling av nanoteknologi i nær sammenheng med fremskritt innen bildebehandling vil også være uunnværlig. Nanomedisin er en lovende ny behandlingsform for visse kreftformer, infeksjonssykdommer eller diagnostikk.
