Laseri u medicini. Upotreba lasera u medicini i nauci

Sadržaj:

Laseri u medicini. Upotreba lasera u medicini i nauci
Laseri u medicini. Upotreba lasera u medicini i nauci

Video: Laseri u medicini. Upotreba lasera u medicini i nauci

Video: Laseri u medicini. Upotreba lasera u medicini i nauci
Video: Yellow SPOT On Your Eye? - Pinguecula Explained 2024, Decembar
Anonim

Tokom proteklih pola veka laseri su se koristili u oftalmologiji, onkologiji, plastičnoj hirurgiji i mnogim drugim oblastima medicine i biomedicinskih istraživanja.

Mogućnost upotrebe svjetlosti za liječenje bolesti poznata je hiljadama godina. Stari Grci i Egipćani koristili su sunčevo zračenje u terapiji, a dvije ideje su se čak povezivale u mitologiji - grčki bog Apolon je bio bog sunca i iscjeljenja.

Tek nakon pronalaska koherentnog izvora zračenja prije više od 50 godina zaista je otkriven potencijal korištenja svjetlosti u medicini.

Zbog svojih posebnih svojstava, laseri su mnogo efikasniji od zračenja sunca ili drugih izvora. Svaki kvantni generator radi u veoma uskom opsegu talasnih dužina i emituje koherentnu svetlost. Takođe, laseri u medicini omogućavaju vam stvaranje velikih snaga. Snop energije može se koncentrirati u vrlo maloj tački, zbog čega se postiže njegova velika gustina. Ova svojstva dovela su do toga da se danas laseri koriste u mnogim oblastima medicinske dijagnostike, terapije i hirurgije.

Tretman kože i očiju

Upotreba lasera u medicini počela je sa oftalmologijom i dermatologijom. QuantumGenerator je otvoren 1960. godine. I godinu dana kasnije, Leon Goldman je demonstrirao kako se laser s rubin crvenom bojom može koristiti u medicini za uklanjanje kapilarne displazije, vrste rođenog žiga i melanoma.

Ova aplikacija se zasniva na sposobnosti koherentnih izvora zračenja da rade na određenoj talasnoj dužini. Koherentni izvori zračenja sada se široko koriste za uklanjanje tumora, tetovaža, dlaka i mladeža.

Laseri različitih tipova i talasnih dužina se koriste u dermatologiji, zbog različitih vrsta lezija koje se leče i glavne apsorbujuće supstance u njima. Talasna dužina također ovisi o tipu kože pacijenta.

Danas se ne može baviti dermatologijom ili oftalmologijom bez lasera, jer su oni postali glavni alati za liječenje pacijenata. Upotreba kvantnih generatora za korekciju vida i širok spektar oftalmoloških primjena porasla je nakon što je Charles Campbell postao prvi liječnik koji je 1961. godine koristio crveni laser u medicini za liječenje pacijenata s ablacijom retine.

Kasnije, u tu svrhu, oftalmolozi su počeli da koriste argon izvore koherentnog zračenja u zelenom delu spektra. Ovdje su svojstva samog oka, posebno njegovog sočiva, korištena za fokusiranje zraka u području odvajanja retine. Visoko koncentrisana snaga uređaja bukvalno je zavari.

Pacijenti sa nekim oblicima makularne degeneracije mogu imati koristi od laserske hirurgije – laserske fotokoagulacije i fotodinamičke terapije. U prvom postupku, snop koherentanzračenje se koristi za zatvaranje krvnih sudova i usporavanje njihovog patološkog rasta ispod makule.

Slične studije rađene su 1940-ih sa sunčevom svjetlošću, ali su doktorima bila potrebna jedinstvena svojstva kvantnih generatora da bi ih uspješno završili. Sljedeća upotreba argonskog lasera bila je zaustavljanje unutrašnjeg krvarenja. Selektivna apsorpcija zelenog svjetla od strane hemoglobina, pigmenta u crvenim krvnim zrncima, korištena je za blokiranje krvarenja krvnih sudova. Za liječenje raka uništavaju krvne sudove koji ulaze u tumor i opskrbljuju ga hranjivim tvarima.

Ovo se ne može postići upotrebom sunčeve svjetlosti. Medicina je vrlo konzervativna, kao što i treba da bude, ali izvori koherentnog zračenja su postali prihvaćeni u raznim oblastima. Laseri u medicini zamijenili su mnoge tradicionalne instrumente.

Oftalmologija i dermatologija su također imale koristi od ekscimernih izvora koherentnog UV zračenja. Postali su naširoko korišteni za preoblikovanje rožnjače (LASIK) za korekciju vida. Laseri se u estetskoj medicini koriste za uklanjanje fleka i bora.

laseri u medicini
laseri u medicini

Profitabilna estetska hirurgija

Ovakav tehnološki razvoj neizbežno je popularan kod komercijalnih investitora, jer imaju ogroman potencijal za profit. Analitička kompanija Medtech Insight je 2011. godine procijenila veličinu tržišta laserske kozmetičke opreme na više od milijardu američkih dolara. Zaista, uprkossmanjenje ukupne potražnje za medicinskim sistemima tokom globalne krize, kozmetičke operacije zasnovane na kvantnom generatoru i dalje uživaju veliku potražnju u Sjedinjenim Državama, dominantnom tržištu za laserske sisteme.

Vizuelizacija i dijagnostika

Laseri u medicini igraju važnu ulogu u ranom otkrivanju raka, kao i mnogih drugih bolesti. Na primjer, u Tel Avivu se grupa naučnika zainteresovala za IR spektroskopiju koristeći infracrvene izvore koherentnog zračenja. Razlog za to je što rak i zdravo tkivo mogu imati različitu infracrvenu permeabilnost. Jedna od obećavajućih primjena ove metode je otkrivanje melanoma. Kod raka kože rana dijagnoza je vrlo važna za preživljavanje pacijenata. Trenutno se otkrivanje melanoma vrši na oko, tako da ostaje da se oslonimo na vještinu ljekara.

U Izraelu svaka osoba može jednom godišnje otići na besplatni pregled melanoma. Prije nekoliko godina u jednom od većih medicinskih centara sprovedene su studije, kao rezultat kojih je postalo moguće jasno uočiti razliku u infracrvenom opsegu između potencijalnih, ali ne opasnih znakova, i stvarnog melanoma.

Katzir, organizator prve SPIE konferencije o biomedicinskoj optici 1984. godine, i njegova grupa u Tel Avivu su također razvili optička vlakna koja su transparentna za infracrvene talasne dužine, što je omogućilo da se metoda proširi na internu dijagnostiku. Osim toga, može biti brza i bezbolna alternativa brisu grlića matericeginekologija.

Plavi poluprovodnički laser u medicini našao je primenu u fluorescentnoj dijagnostici.

Sistemi zasnovani na kvantnim generatorima takođe počinju da zamenjuju X-zrake, koje se tradicionalno koriste u mamografiji. Rendgenski zraci stavljaju lekare pred tešku dilemu: potreban im je visok intenzitet da bi pouzdano otkrili karcinome, ali samo povećanje zračenja povećava rizik od raka. Kao alternativa, proučava se mogućnost korištenja vrlo brzih laserskih impulsa za snimanje grudi i drugih dijelova tijela, poput mozga.

primjena lasera u medicini
primjena lasera u medicini

OCT za oči i više

Laseri u biologiji i medicini korišćeni su u optičkoj koherentnoj tomografiji (OCT), što je izazvalo talas entuzijazma. Ova tehnika snimanja koristi svojstva kvantnog generatora i može pružiti vrlo jasne (reda mikrona), poprečne i trodimenzionalne slike biološkog tkiva u realnom vremenu. OCT se već koristi u oftalmologiji i može, na primjer, omogućiti oftalmologu da vidi poprečni presjek rožnjače za dijagnosticiranje bolesti mrežnice i glaukoma. Danas se tehnika počinje koristiti iu drugim oblastima medicine.

Jedno od najvećih polja koja proizlaze iz OCT-a je optičko snimanje arterija. Optička koherentna tomografija se može koristiti za procjenu rupturiranog nestabilnog plaka.

Mikroskopija živih organizama

Laseri u nauci, tehnologiji, medicini također igrajuključnu ulogu u mnogim vrstama mikroskopije. U ovoj oblasti napravljen je veliki broj razvoja, čija je svrha vizualizacija onoga što se dešava unutar tijela pacijenta bez upotrebe skalpela.

Najteži dio kod uklanjanja raka je potreba da se stalno koristi mikroskop kako bi hirurg mogao biti siguran da je sve urađeno kako treba. Mogućnost mikroskopije uživo i u realnom vremenu je značajan napredak.

Nova primjena lasera u inženjerstvu i medicini je skeniranje u bliskom polju optičke mikroskopije, koja može proizvesti slike sa rezolucijom mnogo većom od one standardnih mikroskopa. Ova metoda se zasniva na optičkim vlaknima sa zarezima na krajevima čije su dimenzije manje od valne dužine svjetlosti. Ovo je omogućilo snimanje podvalnih dužina i postavilo temelje za snimanje bioloških ćelija. Upotreba ove tehnologije u IR laserima omogućit će bolje razumijevanje Alchajmerove bolesti, raka i drugih promjena u ćelijama.

upotreba lasera u medicini ukratko
upotreba lasera u medicini ukratko

PDT i drugi tretmani

Razvoj u oblasti optičkih vlakana pomaže u proširenju mogućnosti upotrebe lasera u drugim oblastima. Osim što omogućavaju dijagnostiku unutar tijela, energija koherentnog zračenja može se prenijeti tamo gdje je potrebna. Može se koristiti u liječenju. Fiber laseri postaju mnogo napredniji. Oni će radikalno promijeniti medicinu budućnosti.

Oblast fotomedicine koja koristi fotoosetljive hemikalijesupstance koje stupaju u interakciju s tijelom na određeni način mogu koristiti kvantne generatore i za dijagnosticiranje i za liječenje pacijenata. U fotodinamičkoj terapiji (PDT), na primjer, laser i fotoosjetljivi lijek mogu vratiti vid pacijentima s "vlažnim" oblikom makularne degeneracije povezane sa starenjem, vodećim uzrokom sljepoće kod ljudi starijih od 50 godina.

U onkologiji, određeni porfirini se akumuliraju u ćelijama raka i fluoresciraju kada su osvijetljeni na određenoj talasnoj dužini, što ukazuje na lokaciju tumora. Ako se ta ista jedinjenja tada osvijetle različitom talasnom dužinom, postaju toksična i ubijaju oštećene stanice.

Crveni gasni helijum-neonski laser koristi se u medicini u liječenju osteoporoze, psorijaze, trofičnih čireva itd., jer ovu frekvenciju dobro apsorbiraju hemoglobin i enzimi. Zračenje usporava upalu, sprečava hiperemiju i oticanje i poboljšava cirkulaciju.

primjena lasera u inženjerstvu i medicini
primjena lasera u inženjerstvu i medicini

Personalizovani tretman

Genetika i epigenetika su dvije druge oblasti u kojima se laseri mogu koristiti.

U budućnosti će se sve dešavati na nanoskali, što će nam omogućiti da radimo lekove na nivou ćelije. Laseri koji mogu generirati femtosekundne impulse i podesiti se na određene talasne dužine idealni su partneri za medicinske profesionalce.

Ovo će otvoriti vrata personalizovanom tretmanu zasnovanom na individualnom genomu pacijenta.

Leon Goldman - osnivačlaserska medicina

Govoreći o upotrebi kvantnih generatora u liječenju ljudi, ne može se ne spomenuti Leon Goldman. Poznat je kao "otac" laserske medicine.

Već godinu dana nakon što je izumio koherentni izvor zračenja, Goldman je postao prvi istraživač koji ga je koristio za liječenje kožnih bolesti. Tehnika koju je naučnik koristio utrla je put za kasniji razvoj laserske dermatologije.

Njegovo istraživanje sredinom 1960-ih dovelo je do upotrebe kvantnog generatora rubina u hirurgiji mrežnjače i otkrića kao što je sposobnost koherentnog zračenja da istovremeno reže kožu i zatvara krvne sudove, ograničavajući krvarenje.

Goldman, dermatolog na Univerzitetu u Sinsinatiju veći dio svoje karijere, osnovao je Američko društvo za lasere u medicini i hirurgiji i pomogao u postavljanju temelja za sigurnost lasera. Umro 1997.

minijaturizacija

Prvi kvantni generatori od 2 mikrona bili su veličine bračnog kreveta i hlađeni su tečnim azotom. Danas su se pojavili diodni laseri veličine dlana, pa čak i manji laseri s vlaknima. Ove promjene otvaraju put za nove aplikacije i razvoj. Lijek budućnosti će imati male lasere za operaciju mozga.

Usled tehnološkog napretka dolazi do stalnog smanjenja troškova. Baš kao što su laseri postali uobičajeni u kućnim aparatima, počeli su igrati ključnu ulogu u bolničkoj opremi.

Ako su raniji laseri u medicini bili veoma veliki isložena, današnja proizvodnja od optičkih vlakana značajno je smanjila troškove, a prelazak na nanoskalu će još više smanjiti troškove.

laseri u naučno-tehnološkoj medicini
laseri u naučno-tehnološkoj medicini

Druge upotrebe

Urolozi mogu laserom liječiti strikturu uretre, benigne bradavice, urinarne kamence, kontrakturu mjehura i povećanje prostate.

Upotreba lasera u medicini omogućila je neurohirurzima da naprave precizne rezove i endoskopske preglede mozga i kičmene moždine.

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

Stomatolozi koriste koherentno zračenje za izradu rupa, hirurgiju desni, antibakterijske procedure, desenzibilizaciju zuba i oro-facijalnu dijagnostiku.

Laserska pinceta

Biomedicinski istraživači širom svijeta koriste optičke pincete, sortere ćelija i mnoge druge alate. Laserske pincete obećavaju bolju i bržu dijagnozu raka i korištene su za hvatanje virusa, bakterija, malih metalnih čestica i DNK niti.

U optičkim pincetama, snop koherentnog zračenja se koristi za držanje i rotaciju mikroskopskih objekata, slično kao što metalne ili plastične pincete mogu pokupiti male i lomljive predmete. Pojedinačnim molekulima može se manipulirati pričvršćivanjem na mikronske stakalce ili polistirenske perle. Kada greda udari loptu, onakrive i ima blagi udar, gurajući loptu pravo u centar grede.

Ovo stvara "optičku zamku" koja je u stanju da uhvati malu česticu u snopu svjetlosti.

laseri u medicini fotografija
laseri u medicini fotografija

Laser u medicini: prednosti i nedostaci

Energija koherentnog zračenja, čiji se intenzitet može modulirati, koristi se za rezanje, uništavanje ili promjenu ćelijske ili ekstracelularne strukture bioloških tkiva. Osim toga, korištenje lasera u medicini, ukratko, smanjuje rizik od infekcije i potiče izlječenje. Upotreba kvantnih generatora u hirurgiji povećava tačnost disekcije, međutim, oni su opasni za trudnice i postoje kontraindikacije za upotrebu fotosenzibilizirajućih lijekova.

Složena struktura tkiva ne dozvoljava jednoznačno tumačenje rezultata klasičnih bioloških analiza. Laseri u medicini (fotografija) su efikasno sredstvo za uništavanje ćelija raka. Međutim, snažni izvori koherentnog zračenja djeluju neselektivno i uništavaju ne samo zahvaćena, već i okolna tkiva. Ovo svojstvo je važan alat u tehnici mikrodisekcije koja se koristi za izvođenje molekularne analize na mjestu od interesa sa sposobnošću da selektivno uništi višak ćelija. Cilj ove tehnologije je da se prevaziđe heterogenost prisutna u svim biološkim tkivima kako bi se olakšalo njihovo proučavanje u dobro definisanoj populaciji. U tom smislu, laserska mikrodisekcija je dala značajan doprinos razvoju istraživanja, razumijevanjufiziološki mehanizmi koji se danas mogu jasno demonstrirati na nivou populacije, pa čak i jedne ćelije.

Funkcionalnost tkivnog inženjeringa danas je postala glavni faktor u razvoju biologije. Šta se dešava ako se aktinska vlakna preseku tokom deobe? Hoće li embrion Drosophile biti stabilan ako se ćelija uništi tokom presavijanja? Koji su parametri uključeni u meristemsku zonu biljke? Svi ovi problemi se mogu riješiti laserima.

upotreba lasera u medicini
upotreba lasera u medicini

Nanomedicina

Nedavno su se pojavile mnoge nanostrukture sa svojstvima pogodnim za niz bioloških primjena. Najvažniji od njih su:

  • kvantne tačke su sitne nanometarske čestice koje emituju svjetlost i koriste se u visoko osjetljivom ćelijskom snimanju;
  • magnetne nanočestice koje su našle primenu u medicinskoj praksi;
  • polimerne čestice za inkapsulirane terapeutske molekule;
  • metalne nanočestice.

Razvoj nanotehnologije i upotreba lasera u medicini, ukratko, revolucionirao je način na koji se lijekovi primjenjuju. Suspenzije nanočestica koje sadrže lijekove mogu povećati terapeutski indeks mnogih spojeva (povećati rastvorljivost i efikasnost, smanjiti toksičnost) selektivnim djelovanjem na zahvaćena tkiva i stanice. Oni isporučuju aktivni sastojak i također reguliraju oslobađanje aktivnog sastojka kao odgovor na vanjsku stimulaciju. Nanoteranostika je daljeeksperimentalni pristup koji omogućava dvostruku upotrebu nanočestica, spojeva lijekova, terapije i dijagnostičkih slikovnih alata, otvarajući put personaliziranom tretmanu.

Upotreba lasera u medicini i biologiji za mikrodisekciju i fotoablaciju omogućila je razumijevanje fizioloških mehanizama razvoja bolesti na različitim nivoima. Rezultati će pomoći u određivanju najboljih metoda dijagnoze i liječenja za svakog pacijenta. Neophodan će biti i razvoj nanotehnologije u bliskoj vezi s napretkom u slikovnoj tehnologiji. Nanomedicina je obećavajući novi oblik liječenja određenih karcinoma, zaraznih bolesti ili dijagnostike.

Preporučuje se: