Viimeisen puolen vuosisadan aikana lasereita on käytetty oftalmologiassa, onkologiassa, plastiikkakirurgiassa ja monilla muilla lääketieteen ja biolääketieteen alueilla.
Mahdollisuus käyttää valoa sairauksien hoitoon on ollut tiedossa tuhansia vuosia. Muinaiset kreikkalaiset ja egyptiläiset käyttivät auringon säteilyä terapiassa, ja nämä kaksi ajatusta linkittivät jopa mytologiassa - kreikkalainen jumala Apollo oli auringon ja parantamisen jumala.
Vasta koherentin säteilylähteen keksimisen jälkeen yli 50 vuotta sitten valon käytön mahdollisuudet lääketieteessä paljastettiin todella.
Erityisominaisuuksiensa ansiosta laserit ovat paljon tehokkaampia kuin auringon tai muista lähteistä tuleva säteily. Jokainen kvanttigeneraattori toimii hyvin kapealla aallonpituusalueella ja lähettää koherenttia valoa. Myös lääketieteen laserit antavat sinun luoda suuria tehoja. Energiansäde voidaan keskittää hyvin pieneen pisteeseen, minkä ansiosta sen suuri tiheys saavutetaan. Nämä ominaisuudet ovat johtaneet siihen, että nykyään lasereita käytetään monilla lääketieteellisen diagnostiikan, terapian ja kirurgian aloilla.
Ihon ja silmien hoito
Lasereiden käyttö lääketieteessä alkoi oftalmologiasta ja ihotautista. KvanttiGeneraattori avattiin vuonna 1960. Ja vuotta myöhemmin Leon Goldman osoitti, kuinka rubiininpunaista laseria voidaan käyttää lääketieteessä kapillaaridysplasian, eräänlaisen syntymämerkin ja melanooman poistamiseen.
Tämä sovellus perustuu koherenttien säteilylähteiden kykyyn toimia tietyllä aallonpituudella. Koherentteja säteilylähteitä käytetään nykyään laaj alti kasvainten, tatuointien, karvojen ja luomien poistamiseen.
Ihotologiassa käytetään erityyppisiä ja eri aallonpituisia lasereita, johtuen erityyppisistä parantuvista leesioista ja niiden sisällä olevasta pääasiallisesta absorboivasta aineesta. Aallonpituus riippuu myös potilaan ihotyypistä.
Nykyään ihotautia tai oftalmologiaa ei voi harjoittaa ilman lasereita, koska niistä on tullut tärkeimpiä potilaiden hoidon työkaluja. Kvanttigeneraattoreiden käyttö näönkorjauksessa ja monenlaisissa silmäsovelluksissa kasvoivat sen jälkeen, kun Charles Campbellista tuli ensimmäinen lääkäri, joka käytti punaista laseria lääketieteessä vuonna 1961 potilaan, jolla on verkkokalvon irtauma, hoitoon.
Myöhemmin silmälääkärit alkoivat käyttää tätä tarkoitusta varten koherentin säteilyn argonlähteitä spektrin vihreässä osassa. Tässä itse silmän, erityisesti sen linssin, ominaisuuksia käytettiin säteen tarkentamiseen verkkokalvon irtoamisen alueelle. Laitteen erittäin keskittynyt teho kirjaimellisesti hitsaa hänet.
Potilaat, joilla on joitakin silmänpohjan rappeumamuotoja, voivat hyötyä laserleikkauksesta – laserfotokoagulaatiosta ja fotodynaamisesta hoidosta. Ensimmäisessä menettelyssä koherentin sädesäteilyä käytetään verisuonten sulkemiseen ja niiden patologisen kasvun hidastamiseen makulan alla.
Samank altaisia tutkimuksia tehtiin 1940-luvulla auringonvalolla, mutta lääkärit tarvitsivat kvanttigeneraattoreiden ainutlaatuisia ominaisuuksia voidakseen suorittaa ne onnistuneesti. Seuraava argonlaserin käyttö oli sisäisen verenvuodon pysäyttäminen. Hemoglobiinin, punasolujen pigmentin, selektiivistä vihreän valon imeytymistä on käytetty estämään verenvuotoa. Syövän hoitamiseksi ne tuhoavat kasvaimeen meneviä verisuonia ja toimittavat sille ravinteita.
Tätä ei voida saavuttaa auringonvalolla. Lääketiede on hyvin konservatiivista, kuten pitääkin, mutta koherentin säteilyn lähteet ovat saavuttaneet hyväksyntää useilla aloilla. Lääketieteessä laserit ovat korvanneet monet perinteiset instrumentit.
Silmälääketiede ja dermatologia ovat myös hyötyneet koherentin UV-säteilyn eksimeerilähteistä. Niitä on käytetty laaj alti sarveiskalvon uudelleenmuotoilussa (LASIK) näönkorjauksessa. Esteettisessä lääketieteessä lasereita käytetään epäpuhtauksien ja ryppyjen poistamiseen.
Tuottoinen kauneuskirurgia
Tällainen teknologinen kehitys on väistämättä suosittua kaupallisten sijoittajien keskuudessa, sillä niillä on v altava voittopotentiaali. Analyyttinen yritys Medtech Insight arvioi vuonna 2011 laserkauneuslaitteiden markkinoiden kooksi yli miljardin Yhdysv altain dollarin. Todellakin, huolimattalääketieteellisten järjestelmien kokonaiskysynnän lasku maailmanlaajuisen taantuman aikana, kvanttigeneraattoriin perustuvien kosmeettisten leikkausten kysyntä jatkuu vahvana Yhdysvalloissa, laserjärjestelmien hallitsevilla markkinoilla.
Visualisointi ja diagnostiikka
Lasereilla lääketieteessä on tärkeä rooli syövän ja monien muiden sairauksien varhaisessa havaitsemisessa. Esimerkiksi Tel Avivissa joukko tutkijoita kiinnostui IR-spektroskopiasta, jossa käytettiin koherentin säteilyn infrapunalähteitä. Syynä tähän on se, että syövän ja terveen kudoksen infrapunaläpäisevyys voi olla erilainen. Yksi tämän menetelmän lupaavista sovelluksista on melanoomien havaitseminen. Ihosyövässä varhainen diagnoosi on erittäin tärkeää potilaan selviytymisen kann alta. Tällä hetkellä melanooman toteaminen tehdään silmällä, joten jää vain lääkärin ammattitaitoon.
Israelissa jokainen voi käydä ilmaisessa melanoomaseulonnassa kerran vuodessa. Muutama vuosi sitten yhdessä suurimmista lääketieteellisistä keskuksista tehtiin tutkimuksia, joiden tuloksena oli mahdollista havaita selkeästi infrapuna-alueen ero mahdollisten, mutta ei vaarallisten merkkien ja todellisen melanooman välillä.
Katzir, ensimmäisen biolääketieteellistä optiikkaa käsittelevän SPIE-konferenssin järjestäjä vuonna 1984, ja hänen ryhmänsä Tel Avivissa kehittivät myös infrapuna-aallonpituuksille läpäiseviä optisia kuituja, mikä mahdollistaa menetelmän laajentamisen sisäiseen diagnostiikkaan. Lisäksi se voi olla nopea ja kivuton vaihtoehto kohdunkaulan leikkauksellegynekologia.
Sininen puolijohdelaser lääketieteessä on löytänyt sovelluksen fluoresenssidiagnostiikassa.
Kvanttigeneraattoreihin perustuvat järjestelmät alkavat myös korvata mammografiassa perinteisesti käytettyjä röntgensäteitä. Röntgenkuvat asettavat lääkäreille vaikean pulman: ne tarvitsevat korkeaa intensiteettiä syöpien luotettavaan havaitsemiseen, mutta säteilyn lisääntyminen itsessään lisää syöpäriskiä. Vaihtoehtona tutkitaan mahdollisuutta käyttää erittäin nopeita laserpulsseja rintakehän ja muiden kehon osien, kuten aivojen, kuvaamiseen.
LOKA silmille ja paljon muuta
Biologian ja lääketieteen lasereita on käytetty optisessa koherenssitomografiassa (OCT), mikä on aiheuttanut innostusta. Tämä kuvantamistekniikka käyttää kvanttigeneraattorin ominaisuuksia ja voi tuottaa erittäin selkeitä (mikronin luokkaa), poikkileikkaus- ja kolmiulotteisia kuvia biologisesta kudoksesta reaaliajassa. OCT:tä käytetään jo silmälääketieteessä, ja sen avulla silmälääkäri voi esimerkiksi nähdä poikkileikkauksen sarveiskalvosta verkkokalvon sairauksien ja glaukooman diagnosoimiseksi. Nykyään tekniikkaa aletaan käyttää myös muilla lääketieteen aloilla.
Yksi suurimmista MMA:n aloista on v altimoiden valokuitukuvaus. Optista koherenssitomografiaa voidaan käyttää repeytyneen epästabiilin plakin arvioimiseen.
Elävien organismien mikroskopia
Laserit tieteessä, tekniikassa ja lääketieteessä myös pelaavatkeskeinen rooli monissa mikroskopiatyypeissä. Tällä alueella on tehty lukuisia kehityshankkeita, joiden tarkoituksena on visualisoida, mitä potilaan kehossa tapahtuu ilman veitsen käyttöä.
Vaikein osa syövän poistamisessa on tarve käyttää jatkuvasti mikroskooppia, jotta kirurgi voi varmistaa, että kaikki tehdään oikein. Kyky tehdä reaaliaikainen ja reaaliaikainen mikroskopia on merkittävä edistysaskel.
Lasereiden uusi sovellus tekniikassa ja lääketieteessä on optisen mikroskopian lähikenttäpyyhkäisy, joka voi tuottaa kuvia, joiden resoluutio on paljon suurempi kuin tavallisten mikroskooppien. Tämä menetelmä perustuu optisiin kuituihin, joiden päissä on lovia, joiden mitat ovat pienempiä kuin valon aallonpituus. Tämä mahdollisti aliaallonpituuden kuvantamisen ja loi perustan biologisten solujen kuvantamiselle. Tämän tekniikan käyttö IR-lasereissa auttaa ymmärtämään paremmin Alzheimerin tautia, syöpää ja muita solumuutoksia.
PDT ja muut hoidot
Valokuitujen alan kehitys auttaa laajentamaan lasereiden käyttömahdollisuuksia muilla alueilla. Sen lisäksi, että ne mahdollistavat diagnosoinnin kehon sisällä, koherentin säteilyn energia voidaan siirtää sinne, missä sitä tarvitaan. Sitä voidaan käyttää hoidossa. Kuitulaserit ovat tulossa paljon kehittyneempiä. Ne muuttavat radikaalisti tulevaisuuden lääketieteen.
Valolääketieteen ala, jossa käytetään valoherkkää kemikaaliaaineet, jotka ovat vuorovaikutuksessa kehon kanssa tietyllä tavalla, voivat käyttää kvanttigeneraattoreita potilaiden diagnosoimiseen ja hoitoon. Esimerkiksi fotodynaamisessa terapiassa (PDT) laser ja valoherkkä lääke voivat palauttaa näön potilaille, joilla on ikään liittyvän silmänpohjan rappeuma "märkä" muoto, joka on yli 50-vuotiaiden yleisin sokeuden syy.
Onkologiassa tietyt porfyriinit kerääntyvät syöpäsoluihin ja fluoresoivat, kun ne valaistaan tietyllä aallonpituudella, mikä osoittaa kasvaimen sijainnin. Jos nämä samat yhdisteet sitten valaistaan eri aallonpituudella, niistä tulee myrkyllisiä ja ne tappavat vaurioituneet solut.
Punakaasuhelium-neonlaseria käytetään lääketieteessä osteoporoosin, psoriaasin, troofisten haavaumien jne. hoidossa, koska tämä taajuus imeytyy hyvin hemoglobiiniin ja entsyymeihin. Säteily hidastaa tulehdusta, ehkäisee hyperemiaa ja turvotusta sekä parantaa verenkiertoa.
Henkilökohtainen hoito
Genetiikka ja epigenetiikka ovat kaksi muuta aluetta, joilla lasereita voidaan käyttää.
Tulevaisuudessa kaikki tapahtuu nanomittakaavassa, mikä mahdollistaa lääketieteen tekemisen solun mittakaavassa. Laserit, jotka voivat tuottaa femtosekunnin pulsseja ja virittää tietyille aallonpituuksille, ovat ihanteellisia kumppaneita lääketieteen ammattilaisille.
Tämä avaa oven yksilölliseen hoitoon, joka perustuu potilaan yksilölliseen genomiin.
Leon Goldman - perustajalaserlääketiede
Kvanttigeneraattoreiden käytöstä ihmisten hoidossa puhuttaessa ei voi olla mainitsematta Leon Goldmania. Hänet tunnetaan laserlääketieteen "isänä".
Jo vuosi koherentin säteilylähteen keksimisen jälkeen Goldmanista tuli ensimmäinen tutkija, joka käytti sitä ihosairauksien hoitoon. Tiedemiehen käyttämä tekniikka tasoitti tietä myöhemmälle laserdermatologian kehitykselle.
Hänen tutkimuksensa 1960-luvun puolivälissä johti rubiinikvanttigeneraattorin käyttöön verkkokalvokirurgiassa ja löytöihin, kuten koherentin säteilyn kykyyn leikata ihoa ja sulkea verisuonia, mikä rajoittaa verenvuotoa.
Goldman, ihotautilääkäri Cincinnatin yliopistossa suurimman osan urastaan, perusti American Society for Lasers in Medicine and Surgery -järjestön ja auttoi luomaan perustan laserturvallisuudelle. Kuollut 1997
Pienikokoisuus
Ensimmäiset 2 mikronin kvanttigeneraattorit olivat parikerroksen kokoisia ja jäähdytettiin nestemäisellä typellä. Nykyään on ilmestynyt kämmenen kokoisia diodilasereita ja vielä pienempiä kuitulasereita. Nämä muutokset tasoittavat tietä uusille sovelluksille ja kehitykselle. Tulevaisuuden lääketieteessä on pieniä lasereita aivoleikkauksiin.
Teknologisen kehityksen ansiosta kustannukset laskevat jatkuvasti. Aivan kuten lasereista on tullut yleisiä kodinkoneissa, ne ovat alkaneet olla keskeisessä asemassa sairaalan laitteissa.
Jos aiemmat laserit lääketieteessä olivat erittäin suuria jaMonimutkainen, nykypäivän tuotanto optisesta kuidusta on vähentänyt kustannuksia merkittävästi, ja siirtyminen nanomittakaavaan vähentää kustannuksia entisestään.
Muut käyttötarkoitukset
Urologit voivat hoitaa virtsaputken ahtaumaa, hyvänlaatuisia syyliä, virtsakiviä, virtsarakon supistumista ja eturauhasen suurenemista laserilla.
Laserin käyttö lääketieteessä on antanut neurokirurgille mahdollisuuden tehdä tarkkoja viiltoja ja endoskooppisia tutkimuksia aivoihin ja selkäytimeen.
Eläinlääkärit käyttävät lasereita endoskooppisiin toimenpiteisiin, kasvaimen koagulaatioon, viiltoon ja fotodynaamiseen hoitoon.
Hammaslääkärit käyttävät koherenttia säteilyä reikien tekemisessä, ienkirurgiassa, antibakteerisissa toimenpiteissä, hampaiden herkkyyden vähentämisessä ja suu-kasvojen diagnostiikassa.
Laserpinsetit
Bialomääketieteen tutkijat ympäri maailmaa käyttävät optisia pinsettejä, solulajittelulaitteita ja monia muita työkaluja. Laserpinsetit lupaavat paremman ja nopeamman syöpädiagnoosin, ja niitä on käytetty virusten, bakteerien, pienten metallihiukkasten ja DNA-säikeiden sieppaamiseen.
Optisissa pinseteissä koherenttia säteilyä käytetään pitämään ja pyörittämään mikroskooppisia esineitä samalla tavalla kuin metalliset tai muoviset pinsetit voivat poimia pieniä ja herkkiä esineitä. Yksittäisiä molekyylejä voidaan käsitellä kiinnittämällä ne mikronin kokoisiin objektilasiin tai polystyreenihelmiin. Kun säde osuu palloon, sekaartuu ja sillä on pieni isku työntäen pallon suoraan säteen keskelle.
Tämä luo "optisen loukun", joka pystyy vangitsemaan pienen hiukkasen valonsäteeseen.
Laser lääketieteessä: plussat ja miinukset
Koherentin säteilyn energiaa, jonka intensiteettiä voidaan moduloida, käytetään leikkaamaan, tuhoamaan tai muuttamaan biologisten kudosten solu- tai ekstrasellulaarista rakennetta. Lisäksi lasereiden käyttö lääketieteessä, lyhyesti sanottuna, vähentää infektioriskiä ja stimuloi paranemista. Kvanttigeneraattoreiden käyttö leikkauksessa lisää dissektion tarkkuutta, mutta ne ovat vaarallisia raskaana oleville naisille ja valolle herkistyvien lääkkeiden käytölle on vasta-aiheita.
Kudosten monimutkainen rakenne ei mahdollista klassisten biologisten analyysien tulosten yksiselitteistä tulkintaa. Laserit lääketieteessä (kuva) ovat tehokas työkalu syöpäsolujen tuhoamiseen. Voimakkaat koherentin säteilyn lähteet toimivat kuitenkin umpimähkäisesti ja tuhoavat paitsi sairastuneen myös ympäröivät kudokset. Tämä ominaisuus on tärkeä työkalu mikrodissektiotekniikassa, jota käytetään molekyylianalyysin suorittamiseen kiinnostuksen kohteena olevassa kohdassa, ja se kykenee tuhoamaan selektiivisesti ylimääräisiä soluja. Tämän tekniikan tavoitteena on voittaa kaikissa biologisissa kudoksissa esiintyvä heterogeenisyys, jotta niiden tutkimusta voidaan helpottaa tarkasti määritellyssä populaatiossa. Tässä mielessä lasermikrodissektio on edistänyt merkittävästi tutkimuksen kehitystä, ymmärrystäfysiologiset mekanismit, jotka voidaan nykyään selvästi osoittaa populaation ja jopa yhden solun tasolla.
Kudostekniikan toimivuudesta on nykyään tullut tärkeä tekijä biologian kehityksessä. Mitä tapahtuu, jos aktiinikuidut leikataan jakautumisen aikana? Onko Drosophilan alkio vakaa, jos solu tuhoutuu taittamisen aikana? Mitkä parametrit liittyvät kasvin meristeemialueeseen? Kaikki nämä ongelmat voidaan ratkaista lasereilla.
nanolääketiede
Viime aikoina on ilmaantunut monia nanorakenteita, joiden ominaisuudet sopivat moniin biologisiin sovelluksiin. Tärkeimmät niistä ovat:
- kvanttipisteet ovat pieniä nanometrin kokoisia valoa säteileviä hiukkasia, joita käytetään erittäin herkässä solukuvauksessa;
- magneettiset nanohiukkaset, joille on löytynyt käyttöä lääketieteessä;
- polymeerihiukkaset kapseloituja terapeuttisia molekyylejä varten;
- metallin nanohiukkaset.
Nanoteknologian kehitys ja laserien käyttö lääketieteessä on lyhyesti sanottuna mullistanut lääkkeiden antotavan. Nanohiukkasten suspensiot, jotka sisältävät lääkkeitä, voivat lisätä monien yhdisteiden terapeuttista indeksiä (lisätä liukoisuutta ja tehokkuutta, vähentää toksisuutta) vaikuttamalla valikoivasti vaikuttaviin kudoksiin ja soluihin. Ne kuljettavat vaikuttavaa ainetta ja säätelevät myös aktiivisen aineosan vapautumista vasteena ulkoiselle stimulaatiolle. Nanoteranostiikka on pidemmälläkokeellinen lähestymistapa, joka mahdollistaa nanopartikkelien, lääkeyhdisteiden, terapian ja diagnostisten kuvantamistyökalujen kaksoiskäytön, mikä avaa tien henkilökohtaiselle hoidolle.
Lasereiden käyttö lääketieteessä ja biologiassa mikrodissektiossa ja fotoablaatiossa mahdollisti sairauksien kehittymisen fysiologisten mekanismien ymmärtämisen eri tasoilla. Tulokset auttavat määrittämään kullekin potilaalle parhaat diagnoosi- ja hoitomenetelmät. Nanoteknologian kehittäminen läheisessä yhteydessä kuvantamisen edistymiseen on myös välttämätöntä. Nanomääketiede on lupaava uusi hoitomuoto tiettyihin syöpiin, tartuntatauteihin tai diagnostiikkaan.
