Sejak separuh abad yang lalu, laser telah digunakan dalam oftalmologi, onkologi, pembedahan plastik dan banyak lagi bidang perubatan dan penyelidikan bioperubatan.
Kemungkinan menggunakan cahaya untuk merawat penyakit telah diketahui sejak beribu tahun dahulu. Orang Yunani dan Mesir purba menggunakan sinaran suria dalam terapi, malah kedua-dua idea itu dikaitkan dalam mitologi - tuhan Yunani Apollo ialah tuhan matahari dan penyembuhan.
Hanya selepas penciptaan sumber sinaran koheren lebih 50 tahun yang lalu, potensi penggunaan cahaya dalam perubatan benar-benar terbongkar.
Disebabkan sifat istimewanya, laser jauh lebih cekap daripada sinaran matahari atau sumber lain. Setiap penjana kuantum beroperasi dalam julat panjang gelombang yang sangat sempit dan memancarkan cahaya koheren. Juga, laser dalam perubatan membolehkan anda mencipta kuasa tinggi. Rasuk tenaga boleh tertumpu pada titik yang sangat kecil, kerana ketumpatan tingginya dicapai. Ciri-ciri ini telah membawa kepada fakta bahawa hari ini laser digunakan dalam banyak bidang diagnostik perubatan, terapi dan pembedahan.
Rawatan kulit dan mata
Penggunaan laser dalam perubatan bermula dengan oftalmologi dan dermatologi. KuantumPenjana dibuka pada tahun 1960. Dan setahun kemudian, Leon Goldman menunjukkan bagaimana laser merah delima boleh digunakan dalam perubatan untuk membuang displasia kapilari, sejenis tanda lahir dan melanoma.
Aplikasi ini berdasarkan keupayaan sumber sinaran koheren untuk beroperasi pada panjang gelombang tertentu. Sumber sinaran koheren kini digunakan secara meluas untuk membuang tumor, tatu, rambut dan tahi lalat.
Laser pelbagai jenis dan panjang gelombang digunakan dalam dermatologi, disebabkan oleh pelbagai jenis lesi yang sedang disembuhkan dan bahan penyerap utama di dalamnya. Panjang gelombang juga bergantung pada jenis kulit pesakit.
Hari ini, seseorang tidak boleh mengamalkan dermatologi atau oftalmologi tanpa menggunakan laser, kerana ia telah menjadi alat utama untuk merawat pesakit. Penggunaan penjana kuantum untuk pembetulan penglihatan dan pelbagai aplikasi oftalmik berkembang selepas Charles Campbell menjadi doktor pertama yang menggunakan laser merah dalam bidang perubatan pada tahun 1961 untuk merawat pesakit yang mengalami detasmen retina.
Kemudian, untuk tujuan ini, pakar oftalmologi mula menggunakan sumber argon sinaran koheren di bahagian hijau spektrum. Di sini, sifat-sifat mata itu sendiri, terutamanya kantanya, digunakan untuk memfokuskan rasuk di kawasan detasmen retina. Kuasa peranti yang sangat pekat benar-benar mengimpalnya.
Pesakit dengan beberapa bentuk degenerasi makula boleh mendapat manfaat daripada pembedahan laser – fotokoagulasi laser dan terapi fotodinamik. Dalam prosedur pertama, rasuk koherensinaran digunakan untuk menutup saluran darah dan melambatkan pertumbuhan patologi di bawah makula.
Kajian serupa telah dilakukan pada tahun 1940-an dengan cahaya matahari, tetapi doktor memerlukan sifat unik penjana kuantum untuk menyelesaikannya dengan jayanya. Penggunaan laser argon seterusnya adalah untuk menghentikan pendarahan dalaman. Penyerapan terpilih cahaya hijau oleh hemoglobin, pigmen dalam sel darah merah, telah digunakan untuk menyekat saluran darah yang berdarah. Untuk merawat kanser, mereka memusnahkan saluran darah yang memasuki tumor dan membekalkannya dengan nutrien.
Ini tidak boleh dicapai menggunakan cahaya matahari. Perubatan adalah sangat konservatif, seperti yang sepatutnya, tetapi sumber sinaran koheren telah mendapat penerimaan dalam pelbagai bidang. Laser dalam perubatan telah menggantikan banyak alat tradisional.
Ophthalmology dan dermatologi juga telah mendapat manfaat daripada sumber excimer sinaran UV yang koheren. Mereka telah digunakan secara meluas untuk pembentukan semula kornea (LASIK) untuk pembetulan penglihatan. Laser dalam perubatan estetik digunakan untuk menghilangkan cela dan kedutan.
Pembedahan kosmetik yang menguntungkan
Perkembangan teknologi sebegini sudah semestinya popular di kalangan pelabur komersil, kerana ia mempunyai potensi keuntungan yang besar. Syarikat analisis Medtech Insight pada 2011 menganggarkan saiz pasaran untuk peralatan kecantikan laser pada lebih daripada 1 bilion dolar AS. Sesungguhnya, walaupunpenurunan permintaan keseluruhan untuk sistem perubatan semasa kegawatan global, pembedahan kosmetik berasaskan penjana kuantum terus menikmati permintaan kukuh di Amerika Syarikat, pasaran dominan untuk sistem laser.
Visualisasi dan diagnostik
Laser dalam perubatan memainkan peranan penting dalam pengesanan awal kanser, serta banyak penyakit lain. Sebagai contoh, di Tel Aviv, sekumpulan saintis mula berminat dengan spektroskopi IR menggunakan sumber sinaran koheren inframerah. Sebabnya ialah kanser dan tisu yang sihat mungkin mempunyai kebolehtelapan inframerah yang berbeza. Salah satu aplikasi yang menjanjikan kaedah ini ialah pengesanan melanoma. Dalam kanser kulit, diagnosis awal adalah sangat penting untuk kelangsungan hidup pesakit. Pada masa ini, pengesanan melanoma dilakukan melalui mata, jadi ia kekal bergantung pada kemahiran doktor.
Di Israel, setiap orang boleh mendapatkan pemeriksaan melanoma percuma sekali setahun. Beberapa tahun yang lalu, kajian telah dijalankan di salah satu pusat perubatan utama, akibatnya adalah mungkin untuk memerhati dengan jelas perbezaan dalam julat inframerah antara tanda yang berpotensi, tetapi bukan berbahaya, dan melanoma sebenar.
Katzir, penganjur persidangan SPIE pertama mengenai optik bioperubatan pada tahun 1984, dan kumpulannya di Tel Aviv juga membangunkan gentian optik yang telus kepada panjang gelombang inframerah, membolehkan kaedah itu diperluaskan kepada diagnostik dalaman. Di samping itu, ia boleh menjadi alternatif yang cepat dan tidak menyakitkan untuk sapuan serviksginekologi.
Laser semikonduktor biru dalam bidang perubatan telah menemui aplikasi dalam diagnostik pendarfluor.
Sistem berdasarkan penjana kuantum juga mula menggantikan sinar-X, yang secara tradisinya digunakan dalam mamografi. X-ray memberi doktor dilema yang sukar: mereka memerlukan keamatan tinggi untuk mengesan kanser dengan pasti, tetapi peningkatan radiasi itu sendiri meningkatkan risiko kanser. Sebagai alternatif, kemungkinan menggunakan denyutan laser yang sangat pantas untuk imej dada dan bahagian badan yang lain, seperti otak, sedang dikaji.
OCT untuk mata dan banyak lagi
Laser dalam biologi dan perubatan telah digunakan dalam tomografi koheren optik (OCT), yang telah menyebabkan gelombang keghairahan. Teknik pengimejan ini menggunakan sifat penjana kuantum dan boleh memberikan imej tisu biologi yang sangat jelas (mengikut susunan mikron), keratan rentas dan tiga dimensi tisu biologi dalam masa nyata. OCT sudah pun digunakan dalam oftalmologi, dan boleh, sebagai contoh, membenarkan pakar oftalmologi melihat keratan rentas kornea untuk mendiagnosis penyakit retina dan glaukoma. Hari ini, teknik ini mula digunakan dalam bidang perubatan lain juga.
Salah satu bidang terbesar yang muncul daripada OCT ialah pengimejan gentian optik arteri. Tomografi koheren optik boleh digunakan untuk menilai plak tidak stabil yang pecah.
Mikroskopi organisma hidup
Laser dalam sains, teknologi, perubatan juga bermainperanan penting dalam pelbagai jenis mikroskop. Sebilangan besar pembangunan telah dibuat di kawasan ini, yang tujuannya adalah untuk menggambarkan apa yang berlaku di dalam badan pesakit tanpa menggunakan pisau bedah.
Bahagian paling sukar untuk membuang kanser ialah keperluan untuk sentiasa menggunakan mikroskop supaya pakar bedah dapat memastikan semuanya dilakukan dengan betul. Keupayaan untuk melakukan mikroskopi secara langsung dan masa nyata merupakan kemajuan yang ketara.
Aplikasi baharu laser dalam kejuruteraan dan perubatan ialah pengimbasan medan dekat mikroskop optik, yang boleh menghasilkan imej dengan resolusi jauh lebih tinggi daripada mikroskop standard. Kaedah ini berdasarkan gentian optik dengan takuk di hujungnya, dimensinya lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya. Ini membolehkan pengimejan subwavelength dan meletakkan asas untuk pengimejan sel biologi. Penggunaan teknologi ini dalam laser IR akan membolehkan pemahaman yang lebih baik tentang penyakit Alzheimer, kanser dan perubahan lain dalam sel.
PDT dan rawatan lain
Pembangunan dalam bidang gentian optik membantu mengembangkan kemungkinan menggunakan laser di kawasan lain. Sebagai tambahan kepada fakta bahawa mereka membenarkan diagnostik di dalam badan, tenaga sinaran koheren boleh dipindahkan ke tempat yang diperlukan. Ia boleh digunakan dalam rawatan. Laser gentian menjadi lebih maju. Mereka akan mengubah secara radikal ubat masa depan.
Bidang fotoperubatan menggunakan bahan kimia fotosensitifbahan yang berinteraksi dengan badan dengan cara tertentu boleh menggunakan penjana kuantum untuk mendiagnosis dan merawat pesakit. Dalam terapi fotodinamik (PDT), sebagai contoh, laser dan ubat fotosensitif boleh memulihkan penglihatan pada pesakit dengan bentuk "basah" degenerasi makula yang berkaitan dengan usia, penyebab utama buta pada orang yang berumur 50 tahun ke atas.
Dalam onkologi, porfirin tertentu terkumpul dalam sel kanser dan pendarfluor apabila disinari pada panjang gelombang tertentu, menunjukkan lokasi tumor. Jika sebatian yang sama ini kemudiannya disinari dengan panjang gelombang yang berbeza, ia menjadi toksik dan membunuh sel yang rosak.
Laser helium-neon gas merah digunakan dalam perubatan dalam rawatan osteoporosis, psoriasis, ulser trofik, dsb., kerana kekerapan ini diserap dengan baik oleh hemoglobin dan enzim. Sinaran melambatkan keradangan, mencegah hiperemia dan bengkak serta meningkatkan peredaran darah.
Rawatan yang diperibadikan
Genetik dan epigenetik ialah dua bidang lain yang menggunakan laser.
Pada masa hadapan, segala-galanya akan berlaku pada skala nano, yang akan membolehkan kita melakukan perubatan pada skala sel. Laser yang boleh menjana denyutan femtosaat dan menala kepada panjang gelombang tertentu adalah rakan kongsi yang ideal untuk profesional perubatan.
Ini akan membuka pintu kepada rawatan diperibadikan berdasarkan genom individu pesakit.
Leon Goldman - pengasasubat laser
Bercakap tentang penggunaan penjana kuantum dalam rawatan manusia, seseorang tidak boleh gagal untuk menyebut Leon Goldman. Dia dikenali sebagai "bapa" perubatan laser.
Sudah setahun selepas mencipta sumber sinaran yang koheren, Goldman menjadi penyelidik pertama yang menggunakannya untuk merawat penyakit kulit. Teknik yang digunakan saintis membuka jalan untuk perkembangan dermatologi laser seterusnya.
Penyelidikan beliau pada pertengahan 1960-an membawa kepada penggunaan penjana kuantum ruby dalam pembedahan retina dan penemuan seperti keupayaan sinaran koheren untuk memotong kulit dan menutup saluran darah secara serentak, mengehadkan pendarahan.
Goldman, pakar dermatologi di Universiti Cincinnati untuk sebahagian besar kerjayanya, mengasaskan American Society for Lasers in Medicine and Surgery dan membantu meletakkan asas untuk keselamatan laser. Meninggal dunia 1997
Pengkecilan
Penjana kuantum 2 mikron pertama adalah sebesar katil berkembar dan disejukkan dengan nitrogen cecair. Hari ini, laser diod bersaiz tapak tangan dan laser gentian yang lebih kecil telah muncul. Perubahan ini membuka jalan untuk aplikasi dan pembangunan baharu. Perubatan masa depan akan mempunyai laser kecil untuk pembedahan otak.
Disebabkan kemajuan teknologi, terdapat pengurangan berterusan dalam kos. Sama seperti laser telah menjadi perkara biasa dalam peralatan rumah, ia telah mula memainkan peranan penting dalam peralatan hospital.
Jika laser awal dalam perubatan adalah sangat besar dankompleks, pengeluaran hari ini daripada gentian optik telah mengurangkan kos dengan ketara, dan peralihan kepada skala nano akan mengurangkan lagi kos.
Kegunaan lain
Pakar urologi boleh merawat penyempitan uretra, ketuat jinak, batu kencing, pengecutan pundi kencing dan pembesaran prostat dengan laser.
Penggunaan laser dalam perubatan telah membolehkan pakar bedah saraf membuat hirisan dan pemeriksaan endoskopik yang tepat pada otak dan saraf tunjang.
Doktor haiwan menggunakan laser untuk prosedur endoskopik, pembekuan tumor, hirisan dan terapi fotodinamik.
Doktor pergigian menggunakan sinaran koheren untuk membuat lubang, pembedahan gusi, prosedur antibakteria, penyahpekaan gigi dan diagnostik oro-muka.
Penjepit laser
Penyelidik bioperubatan di seluruh dunia menggunakan pinset optik, penyusun sel dan banyak alatan lain. Pinset laser menjanjikan diagnosis kanser yang lebih baik dan cepat serta telah digunakan untuk menangkap virus, bakteria, zarah logam kecil dan untaian DNA.
Dalam pinset optik, pancaran sinaran koheren digunakan untuk memegang dan memutar objek mikroskopik, sama seperti cara pinset logam atau plastik boleh mengambil objek kecil dan rapuh. Molekul individu boleh dimanipulasi dengan melekatkannya pada slaid bersaiz mikron atau manik polistirena. Apabila rasuk terkena bola, iamelengkung dan mempunyai kesan sedikit, menolak bola terus ke tengah rasuk.
Ini menghasilkan "perangkap optik" yang mampu memerangkap zarah kecil dalam pancaran cahaya.
Laser dalam perubatan: kebaikan dan keburukan
Tenaga sinaran koheren, yang keamatannya boleh dimodulasi, digunakan untuk memotong, memusnahkan atau menukar struktur selular atau ekstrasel tisu biologi. Di samping itu, penggunaan laser dalam perubatan, secara ringkasnya, mengurangkan risiko jangkitan dan merangsang penyembuhan. Penggunaan penjana kuantum dalam pembedahan meningkatkan ketepatan pembedahan, bagaimanapun, ia berbahaya untuk wanita hamil dan terdapat kontraindikasi untuk penggunaan ubat fotosensitisasi.
Struktur tisu yang kompleks tidak membenarkan tafsiran yang jelas tentang hasil analisis biologi klasik. Laser dalam perubatan (foto) adalah alat yang berkesan untuk pemusnahan sel-sel kanser. Walau bagaimanapun, sumber kuat sinaran koheren bertindak sewenang-wenangnya dan memusnahkan bukan sahaja yang terjejas, tetapi juga tisu di sekelilingnya. Sifat ini merupakan alat penting dalam teknik microdissection yang digunakan untuk melakukan analisis molekul di tapak yang menarik dengan keupayaan untuk memusnahkan sel berlebihan secara selektif. Matlamat teknologi ini adalah untuk mengatasi heterogeniti yang terdapat dalam semua tisu biologi untuk memudahkan kajian mereka dalam populasi yang jelas. Dalam pengertian ini, microdissection laser telah memberikan sumbangan penting kepada pembangunan penyelidikan, kepada pemahamanmekanisme fisiologi yang hari ini boleh ditunjukkan dengan jelas pada tahap populasi dan juga sel tunggal.
Fungsi kejuruteraan tisu hari ini telah menjadi faktor utama dalam perkembangan biologi. Apakah yang berlaku jika gentian aktin dipotong semasa pembahagian? Adakah embrio Drosophila akan stabil jika sel dimusnahkan semasa lipatan? Apakah parameter yang terlibat dalam zon meristem tumbuhan? Semua isu ini boleh diselesaikan dengan laser.
Perubatan Nano
Baru-baru ini, banyak struktur nano telah muncul dengan sifat yang sesuai untuk pelbagai aplikasi biologi. Yang paling penting ialah:
- titik kuantum ialah zarah pemancar cahaya bersaiz nanometer yang kecil yang digunakan dalam pengimejan selular yang sangat sensitif;
- partikel nano magnetik yang telah digunakan dalam amalan perubatan;
- zarah polimer untuk molekul terapeutik terkapsul;
- zarah nano logam.
Pembangunan nanoteknologi dan penggunaan laser dalam perubatan, secara ringkasnya, telah merevolusikan cara ubat diberikan. Suspensi nanozarah yang mengandungi ubat boleh meningkatkan indeks terapeutik banyak sebatian (meningkatkan keterlarutan dan keberkesanan, mengurangkan ketoksikan) dengan secara terpilih mempengaruhi tisu dan sel yang terjejas. Mereka menyampaikan bahan aktif dan juga mengawal pelepasan bahan aktif sebagai tindak balas kepada rangsangan luar. Nanotheranostics adalah lebih jauhpendekatan eksperimen yang membenarkan penggunaan dwi zarah nano, sebatian ubat, terapi dan alat pengimejan diagnostik, membuka jalan kepada rawatan yang diperibadikan.
Penggunaan laser dalam perubatan dan biologi untuk microdissection dan photoablation memungkinkan untuk memahami mekanisme fisiologi perkembangan penyakit pada tahap yang berbeza. Hasilnya akan membantu menentukan kaedah diagnosis dan rawatan terbaik untuk setiap pesakit. Pembangunan nanoteknologi berhubung rapat dengan kemajuan dalam pengimejan juga amat diperlukan. Perubatan nano ialah bentuk rawatan baharu yang menjanjikan untuk kanser, penyakit berjangkit atau diagnostik tertentu.
