Az elmúlt fél évszázad során a lézereket a szemészetben, az onkológiában, a plasztikai sebészetben és az orvostudomány és az orvosbiológiai kutatás számos más területén használták.
A betegségek kezelésében a fény alkalmazásának lehetősége évezredek óta ismert. Az ókori görögök és egyiptomiak a napsugárzást használták a terápiában, és a mitológiában még összekapcsolódott a két gondolat – a görög Apollón isten a nap és a gyógyítás istene volt.
Csak a koherens sugárforrás több mint 50 évvel ezelőtti feltalálása után derült ki igazán a fény gyógyászati felhasználásának lehetősége.
Speciális tulajdonságaiknak köszönhetően a lézerek sokkal hatékonyabbak, mint a napból vagy más forrásokból származó sugárzás. Mindegyik kvantumgenerátor nagyon szűk hullámhossz-tartományban működik, és koherens fényt bocsát ki. Ezenkívül a lézerek az orvostudományban lehetővé teszik nagy teljesítmények létrehozását. Az energianyaláb egy nagyon kis pontban koncentrálható, aminek köszönhetően nagy sűrűsége érhető el. Ezek a tulajdonságok vezettek ahhoz a tényhez, hogy ma a lézereket az orvosi diagnosztika, terápia és sebészet számos területén használják.
Bőr- és szemkezelés
A lézerek alkalmazása az orvostudományban a szemészettel és a bőrgyógyászattal kezdődött. KvantumA generátort 1960-ban nyitották meg. Egy évvel később Leon Goldman bemutatta, hogyan használható a rubinvörös lézer az orvostudományban a kapilláris diszplázia, egyfajta anyajegy és melanoma eltávolítására.
Ez az alkalmazás a koherens sugárforrások azon képességén alapul, hogy egy bizonyos hullámhosszon működjenek. A koherens sugárforrásokat manapság széles körben alkalmazzák daganatok, tetoválások, haj és anyajegyek eltávolítására.
A bőrgyógyászatban különböző típusú és hullámhosszú lézereket használnak, mivel a különböző típusú elváltozások gyógyulnak, és a bennük lévő fő elnyelő anyag. A hullámhossz a páciens bőrtípusától is függ.
Ma már nem lehet bőrgyógyászatot vagy szemészetet végezni lézer nélkül, mivel ezek váltak a betegek kezelésének fő eszközeivé. A kvantumgenerátorok látásjavításra és a szemészeti alkalmazások széles skálájára való használata elterjedt, miután Charles Campbell lett az első orvos, aki 1961-ben vörös lézert használt az orvostudományban retinaleválásos beteg kezelésére.
Később erre a célra a szemészek a spektrum zöld részének koherens sugárzás argonforrásait kezdték használni. Itt magának a szemnek, különösen a lencséjének tulajdonságait használták a nyaláb fókuszálására a retina leválása területén. A készülék rendkívül koncentrált ereje szó szerint összehegeszti.
A makuladegeneráció bizonyos formáiban szenvedő betegek számára előnyös lehet a lézeres műtét – lézeres fotokoaguláció és fotodinamikus terápia. Az első eljárásban a koherens nyalábsugárzást használnak az erek lezárására és a makula alatti kóros növekedésük lelassítására.
Hasonló tanulmányokat végeztek az 1940-es években a napfénnyel, de az orvosoknak szükségük volt a kvantumgenerátorok egyedi tulajdonságaira, hogy sikeresen befejezzék őket. Az argonlézer következő alkalmazása a belső vérzés megállítása volt. A zöld fény szelektív elnyelését a hemoglobin, a vörösvérsejtek pigmentje által a vérző erek blokkolására használták. A rák kezelésére elpusztítják a daganatba belépő ereket, és tápanyagokkal látják el.
Ez nem érhető el napfénnyel. Az orvostudomány nagyon konzervatív, ahogy annak lennie kell, de a koherens sugárzás forrásai számos területen elfogadottak. A lézerek az orvostudományban sok hagyományos műszert felváltottak.
A szemészet és a bőrgyógyászat is részesült a koherens UV-sugárzás excimer forrásaiból. Széles körben használják szaruhártya-átalakításra (LASIK) látásjavítás céljából. Az esztétikai gyógyászatban a lézereket a foltok és ráncok eltávolítására használják.
Jövedelmező szépészeti műtét
Az ilyen technológiai fejlesztések elkerülhetetlenül népszerűek a kereskedelmi befektetők körében, mivel óriási profitpotenciált rejtenek magukban. A Medtech Insight elemző cég 2011-ben több mint 1 milliárd dollárra becsülte a lézeres szépségápolási berendezések piacának méretét. Valóban, annak ellenéreaz orvosi rendszerek iránti általános kereslet csökkenése a globális visszaesés során, a kvantumgenerátor-alapú kozmetikai sebészet továbbra is erős keresletnek örvend az Egyesült Államokban, a lézerrendszerek meghatározó piacán.
Vizualizáció és diagnosztika
A lézerek az orvostudományban fontos szerepet játszanak a rák, valamint sok más betegség korai felismerésében. Például Tel-Avivban tudósok egy csoportja érdeklődni kezdett a koherens sugárzás infravörös forrásait használó IR spektroszkópia iránt. Ennek az az oka, hogy a rák és az egészséges szövet infravörös áteresztőképessége eltérő lehet. A módszer egyik ígéretes alkalmazása a melanómák kimutatása. Bőrrák esetén a korai diagnózis nagyon fontos a beteg túlélése szempontjából. Jelenleg a melanoma kimutatása szemmel történik, így továbbra is az orvos szakértelmére kell hagyatkozni.
Izraelben évente egyszer mindenki elmehet ingyenes melanomaszűrésre. Néhány évvel ezelőtt az egyik nagy egészségügyi központban végeztek vizsgálatokat, amelyek eredményeként világosan megfigyelhetővé vált az infravörös tartomány különbsége a potenciális, de nem veszélyes jelek és a valódi melanoma között.
Katzir, az első SPIE-konferencia szervezője az orvosbiológiai optikáról 1984-ben és csoportja Tel-Avivban olyan optikai szálakat is kifejlesztett, amelyek átlátszóak az infravörös hullámhosszon, lehetővé téve a módszer kiterjesztését a belső diagnosztikára. Ráadásul gyors és fájdalommentes alternatívája lehet a méhnyakkenetneknőgyógyászat.
A kék félvezető lézer az orvostudományban alkalmazásra talált a fluoreszcencia diagnosztikában.
A kvantumgenerátorokon alapuló rendszerek is kezdik felváltani a röntgensugárzást, amelyet hagyományosan a mammográfiában használtak. A röntgensugarak nehéz dilemma elé állítják az orvosokat: nagy intenzitásra van szükségük a rákos megbetegedések megbízható kimutatásához, de maga a sugárzás növekedése növeli a rák kockázatát. Alternatív megoldásként vizsgálják a nagyon gyors lézerimpulzusok alkalmazásának lehetőségét a mellkas és más testrészek, például az agy képalkotására.
OCT a szemnek és így tovább
A biológiában és az orvostudományban lézereket alkalmaztak az optikai koherencia tomográfiában (OCT), ami lelkesedést váltott ki. Ez a képalkotó technika a kvantumgenerátor tulajdonságait használja, és nagyon tiszta (egy mikron nagyságrendű), keresztmetszeti és háromdimenziós képeket tud készíteni a biológiai szövetekről valós időben. Az OCT-t már használják a szemészetben, és lehetővé teheti például, hogy a szemész megvizsgálja a szaruhártya keresztmetszetét a retina betegségek és a glaukóma diagnosztizálása érdekében. Ma már az orvostudomány más területein is kezdik alkalmazni a technikát.
Az OCT egyik legnagyobb területe az artériák száloptikai képalkotása. Az optikai koherencia tomográfia használható a felszakadt instabil plakk értékelésére.
Élő szervezetek mikroszkópiája
A lézerek a tudományban, a technológiában és az orvostudományban is játszanakkulcsszerepet tölt be számos mikroszkópiában. Számos fejlesztés történt ezen a területen, amelyek célja, hogy szike használata nélkül szemléltesse, mi történik a páciens testében.
A rák eltávolításának legnehezebb része az, hogy állandóan mikroszkópot kell használni, hogy a sebész megbizonyosodjon arról, hogy minden megfelelően történik. Az élő és valós idejű mikroszkópiás képesség jelentős előrelépés.
A lézerek új alkalmazása a mérnöki és orvostudományban az optikai mikroszkópia közeli szkennelése, amely a szabványos mikroszkópokénál jóval nagyobb felbontású képeket készíthet. Ez a módszer olyan optikai szálakon alapul, amelyeknek a végein bevágások vannak, amelyek mérete kisebb, mint a fény hullámhossza. Ez lehetővé tette a szubhullámhosszú képalkotást, és megalapozta a biológiai sejtek képalkotását. Ennek a technológiának az infravörös lézerekben való alkalmazása lehetővé teszi az Alzheimer-kór, a rák és más sejtváltozások jobb megértését.
PDT és egyéb kezelések
Az optikai szálak területén történt fejlesztések elősegítik a lézerek más területeken történő felhasználásának lehetőségeinek bővítését. Amellett, hogy lehetővé teszik a testen belüli diagnosztikát, a koherens sugárzás energiája átvihető oda, ahol szükséges. Használható kezelésben. A szálas lézerek egyre fejlettebbek. Radikálisan megváltoztatják a jövő orvostudományát.
A fotomedicina területe fényérzékeny vegyszerrelA testtel meghatározott módon kölcsönhatásba lépő anyagok kvantumgenerátorokat használhatnak a betegek diagnosztizálására és kezelésére egyaránt. A fotodinamikus terápiában (PDT) például egy lézer és egy fényérzékeny gyógyszer helyreállíthatja a látást az időskori makuladegeneráció „nedves” formájában szenvedő betegeknél, amelyek az 50 év felettiek vakságának vezető oka.
Az onkológiában bizonyos porfirinek felhalmozódnak a rákos sejtekben, és egy bizonyos hullámhosszon megvilágítva fluoreszkálnak, jelezve a daganat helyét. Ha ugyanazokat a vegyületeket más hullámhosszal világítják meg, mérgezővé válnak, és elpusztítják a sérült sejteket.
A vörösgázú hélium-neon lézert az orvostudományban használják csontritkulás, pikkelysömör, trofikus fekélyek stb. kezelésére, mivel ezt a frekvenciát a hemoglobin és az enzimek jól felszívják. A sugárzás lelassítja a gyulladást, megelőzi a hiperémiát és a duzzanatot, valamint javítja a vérkeringést.
Személyre szabott kezelés
A genetika és az epigenetika két másik terület, ahol a lézerek használhatók.
A jövőben minden nanoméretben fog megtörténni, ami lehetővé teszi számunkra, hogy a sejt méretében végezzünk gyógyszert. A femtoszekundumos impulzusokat generáló és meghatározott hullámhosszra hangoló lézerek ideális partnerek az egészségügyi szakemberek számára.
Ez megnyitja a kaput a személyre szabott kezelés előtt, amely a páciens egyéni genomján alapul.
Leon Goldman – az alapítólézeres gyógyszer
A kvantumgenerátorok emberek kezelésében való használatáról szólva nem szabad megemlíteni Leon Goldmant. A lézergyógyászat „atyjaként” ismert.
Már egy évvel a koherens sugárforrás feltalálása után Goldman lett az első kutató, aki bőrbetegségek kezelésére alkalmazta. A tudós által alkalmazott technika megnyitotta az utat a lézeres bőrgyógyászat későbbi fejlődése előtt.
Az 1960-as évek közepén végzett kutatásai a rubinkvantumgenerátor alkalmazásához vezettek a retina sebészetében, és olyan felfedezésekhez vezettek, mint például a koherens sugárzás azon képessége, hogy egyidejűleg elvágja a bőrt és lezárja az ereket, korlátozva ezzel a vérzést.
Goldman, a Cincinnati Egyetem bőrgyógyásza karrierje nagy részében megalapította az Amerikai Lézerek Orvostudományi és Sebészeti Társaságát, és segített lefektetni a lézerbiztonság alapjait. Megh alt 1997
Miniatürizálás
Az első 2 mikronos kvantumgenerátorok kétágyas méretűek voltak, és folyékony nitrogénnel hűtötték őket. Mára megjelentek a tenyérnyi dióda lézerek és még a kisebb szálas lézerek is. Ezek a változások megnyitják az utat az új alkalmazások és fejlesztések előtt. A jövő orvostudományának apró lézerei lesznek az agyműtétekhez.
A technológiai fejlődésnek köszönhetően a költségek folyamatosan csökkennek. Ahogy a lézerek általánossá váltak a háztartási készülékekben, úgy a kórházi berendezésekben is kulcsszerepet kezdtek játszani.
Ha a korábbi lézerek az orvostudományban nagyon nagyok voltak ésösszetett, a mai optikai szálból történő gyártás jelentősen csökkentette a költségeket, és a nanoméretűre való átállás még jobban csökkenti a költségeket.
Egyéb felhasználások
Az urológusok lézerrel kezelhetik a húgycsőszűkületet, a jóindulatú szemölcsöket, a húgyhólyag köveket, a hólyag-összehúzódást és a prosztata-megnagyobbodást.
A lézer alkalmazása az orvostudományban lehetővé tette az idegsebészek számára, hogy pontos bemetszéseket és endoszkópos vizsgálatokat végezzenek az agyban és a gerincvelőben.
Az állatorvosok lézert használnak endoszkópos eljárásokhoz, tumorkoagulációhoz, bemetszéshez és fotodinamikus terápiához.
A fogorvosok koherens sugárzást alkalmaznak lyukak készítéséhez, fogínyműtétekhez, antibakteriális eljárásokhoz, fogászati deszenzitizációhoz és száj-arcdiagnosztikához.
Lézercsipesz
Az orvosbiológiai kutatók szerte a világon optikai csipeszeket, sejtválogatókat és sok más eszközt használnak. A lézeres csipeszek jobb és gyorsabb rákdiagnózist ígérnek, és vírusok, baktériumok, kis fémrészecskék és DNS-szálak rögzítésére használták.
Az optikai csipeszben koherens sugárzássugarat használnak mikroszkopikus méretű tárgyak megtartására és forgatására, hasonlóan ahhoz, ahogy a fém vagy műanyag csipeszek képesek felvenni a kicsi és törékeny tárgyakat. Az egyes molekulákat mikron méretű tárgylemezekre vagy polisztirol gyöngyökre rögzítve lehet manipulálni. Amikor a sugár eléri a labdát, aztmeggörbül, és enyhe ütést okoz, egyenesen a sugár közepébe tolva a labdát.
Ez egy "optikai csapdát" hoz létre, amely képes egy kis részecskét befogni a fénysugárba.
Lézer az orvostudományban: előnyei és hátrányai
A koherens sugárzás energiáját, amelynek intenzitása módosítható, a biológiai szövetek sejtes vagy extracelluláris szerkezetének vágására, elpusztítására vagy megváltoztatására használják. Ráadásul a lézerek alkalmazása az orvostudományban, röviden, csökkenti a fertőzések kockázatát és serkenti a gyógyulást. A kvantumgenerátorok sebészeti alkalmazása növeli a disszekció pontosságát, ugyanakkor veszélyesek a terhes nőkre, és ellenjavallatok vannak a fényérzékenyítő gyógyszerek alkalmazására.
A szövetek összetett szerkezete nem teszi lehetővé a klasszikus biológiai elemzések eredményeinek egyértelmű értelmezését. A lézerek az orvostudományban (fotó) hatékony eszköz a rákos sejtek elpusztítására. A koherens sugárzás erőteljes forrásai azonban válogatás nélkül hatnak, és nemcsak az érintett, hanem a környező szöveteket is elpusztítják. Ez a tulajdonság fontos eszköz a mikrodisszekciós technikában, amellyel molekuláris analízist végeznek egy adott helyen, és a felesleges sejteket szelektíven elpusztítják. Ennek a technológiának az a célja, hogy leküzdje az összes biológiai szövetben jelenlévő heterogenitást, hogy megkönnyítse a tanulmányozásukat egy jól meghatározott populációban. Ebben az értelemben a lézeres mikrodisszekció jelentősen hozzájárult a kutatás fejlődéséhez, a megértéshezfiziológiai mechanizmusok, amelyek ma egyértelműen kimutathatók egy populáció és akár egyetlen sejt szintjén is.
A szövetsebészet funkcionalitása ma a biológia fejlődésének egyik fő tényezőjévé vált. Mi történik, ha az aktinrostokat szétvágják az osztódás során? Stabil lesz a Drosophila embrió, ha a sejt megsemmisül a hajtogatás során? Melyek a paraméterek a növény merisztéma zónájában? Mindezek a problémák lézerekkel megoldhatók.
Nanomedicina
A közelmúltban számos nanostruktúra jelent meg, amelyek tulajdonságai alkalmasak számos biológiai alkalmazásra. Ezek közül a legfontosabbak:
- a kvantumpontok apró nanométer méretű, fényt kibocsátó részecskék, amelyeket rendkívül érzékeny sejtképalkotásban használnak;
- mágneses nanorészecskék, amelyek alkalmazásra találtak az orvosi gyakorlatban;
- polimer részecskék kapszulázott terápiás molekulákhoz;
- fém nanorészecskék.
A nanotechnológia fejlődése és a lézerek alkalmazása az orvostudományban, röviden, forradalmasította a gyógyszerek beadásának módját. A gyógyszereket tartalmazó nanorészecskék szuszpenziói számos vegyület terápiás indexét növelhetik (növelik az oldhatóságot és a hatékonyságot, csökkentik a toxicitást) azáltal, hogy szelektíven befolyásolják az érintett szöveteket és sejteket. Ezek szállítják a hatóanyagot, és szabályozzák a hatóanyag felszabadulását is külső stimuláció hatására. A nanotheranostics tovább vankísérleti megközelítés, amely lehetővé teszi a nanorészecskék, a gyógyszervegyületek, a terápiás és diagnosztikai képalkotó eszközök kettős felhasználását, megnyitva az utat a személyre szabott kezelés felé.
A lézerek alkalmazása az orvostudományban és a biológiában mikrodisszekció és fotoabláció céljából lehetővé tette a betegségek kialakulásának fiziológiai mechanizmusainak megértését különböző szinteken. Az eredmények segítenek meghatározni az egyes betegek számára a legjobb diagnosztikai és kezelési módszereket. A nanotechnológia fejlesztése a képalkotás fejlődésével szoros összefüggésben szintén nélkülözhetetlen lesz. A nanomedicina egy ígéretes új kezelési forma bizonyos rákos megbetegedések, fertőző betegségek vagy diagnosztika kezelésére.
