Laseri u plastičnoj operaciji

Početkom prošlog stoljeća, u publikaciji pod nazivom "Kvantna teorija zračenja", Einstein je teoretski potkrijepio procese koji se moraju odvijati kada laserski ispušta energiju. Maiman je 1960. Godine izgradio prvi laser. Od tada, brz razvoj laserske tehnologije, što dovodi do stvaranja raznih lasera, pokrivajući cijeli elektromagnetski spektar. Zatim se spajaju s drugim tehnologijama, uključujući vizualizacijske sustave, robotiku i računala, kako bi se poboljšala točnost prijenosa laserskog zračenja. Kao rezultat suradnje na području fizike i biomedicinstva, medicinski laseri kao terapeutski agensi postali su važan dio arsenala kirurga. U početku, bili su glomazni i koristili su ih samo kirurzi koji su bili posebno obučeni u fizici lasera. Tijekom proteklih 15 godina, dizajn medicinskih lasera napredovao je u smjeru jednostavnosti korištenja, a mnogi su kirurzi proučili osnovne značajke laserske fizike u poslijediplomskom obrazovanju.

Ovaj članak govori o: biofizici lasera; interakcija tkiva s laserskim zračenjem; uređaji koji se trenutno koriste u plastičnoj i rekonstruktivnoj operaciji; opći sigurnosni zahtjevi za rad s laserima; pitanja daljnje primjene lasera na intervencijama na koži.

Biofizika lasera

Laseri emitiraju svjetlosnu energiju koja se kreće u obliku valova sličnih običnom svjetlu. Valna duljina je udaljenost između dva susjedna vala. Amplituda je veličina maksimuma, određuje intenzitet svjetlosnog zračenja. Frekvencija ili razdoblje svjetlosnog vala je vrijeme potrebno za jedan cjeloviti valni ciklus. Da biste razumjeli učinak lasera, važno je razmotriti kvantnu mehaniku. Pojam "laser" (LASER) kratica je fraze "svjetlosno pojačanje stimuliranom emisijom zračenja". Ako se foton, jedinica svjetlosne energije, sudario s atomom, prenosi jedan od atoma elektrona na višu razinu energije. Atom u takvom uzbudjenom stanju postaje nestabilan i ponovno oslobađa foton kada elektron prelazi na početnu, nižu razinu energije. Taj je proces poznat kao spontana emisija. Ako je atom u visokom energetskom stanju i sudara s drugim fotonom, tada će pri prijelazu na nisku razinu energije raspoređivati dva fotona koji imaju istu valnu duljinu, smjer i fazu. Ovaj proces, nazvan stimuliranom emisijom zračenja, temelj je razumijevanju laserske fizike.

Bez obzira na vrstu, svi laseri imaju četiri glavne komponente: uzbudljivi mehanizam ili izvor energije, laserski medij, optička šupljina ili rezonator i sustav za izbacivanje. Većina medicinskih lasera koje se koriste u plastičnoj operaciji lica imaju mehanizam električnog uzbude. Neki laseri (na primjer, laserski obojeni uzbuđeni svjetlom bljeskalice) koriste svjetlost kao uzbudni mehanizam. Drugi mogu koristiti visoke energetske radio valove ili kemijske reakcije kako bi pružili energiju uzbude. Mehanizam uzbude pumpa energiju u rezonantnu komoru koja sadrži laserski medij, koji može biti čvrsti, tekući, plinoviti ili poluvodljivi materijal. Energija koja se ispušta u šupljinu rezonata podiže elektrone atoma laserskog medija na višu razinu energije. Kada pola atoma u rezonatu dođe do velike uzbude, dolazi do inverzije populacije. Spontana emisija započinje kada se fotoni emitiraju u svim smjerovima, a neki se sudaraju s već uzbuđenim atomima, što dovodi do stimulirane emisije para fotona. Pojačanje stimulirane emisije nastaje kada se fotoni koji se kreću duž osi između ogledala odražavaju uglavnom naprijed i natrag. To dovodi do uzastopne stimulacije, budući da se ti fotoni sudaraju s drugim uzbudljivim atomima. Jedan zrcalo ima 100% refleksije, a drugi - djelomično prenosi zračenu energiju iz šupljine komore. Ta se energija prenosi u biološka tkiva pomoću sustava za izbacivanje. U većini je lasera optička vlakna. Značajna iznimka je C02 laser, koji ima sustav ogledala na šarku. Za C02 laser postoje optička vlakna, ali ograničavaju veličinu točke i izlaznu energiju.

Svjetlost lasera u usporedbi s običnim svjetlom je više organizirana i kvalitativno intenzivna. Budući da je laserski medij homogena, fotoni koji emitiraju pod stimuliranom emisijom imaju jednu valnu duljinu, što stvara monokromatiku. Obično se svjetlost snažno difuzira dok se udaljava od izvora. Lasersko svjetlo je kolimirano: malo se raspršuje, pružajući konstantan intenzitet energije na velikoj udaljenosti. Fotoni laserskog svjetla ne samo da se kreću u jednom smjeru, oni imaju istu vremensku i prostornu fazu. Ovo se naziva koherentnost. Svojstva monokromatike, kolimiranja i koherentnosti razlikuju lasersku svjetlost od neuredne energije običnog svjetla.

Interakcija laser-tkiva

Spektar laserskog djelovanja na biološka tkiva proteže se od modulacije bioloških funkcija do isparavanja. Većina klinički korištenih interakcija lasersko-tkiva uključuje toplinsku koagulaciju ili isparavanje. U budućnosti, laseri se ne mogu koristiti kao izvori topline, već kao sonde za kontrolu staničnih funkcija bez nuspojava citotoksičnih učinaka.

Učinak običnog lasera na tkivo ovisi o tri čimbenika: apsorpcija tkiva, laserska valna duljina i gustoća laserske energije. Kada se laserska zraka sudari s tkivom, njegova se energija može apsorbirati, odražavati, prenijeti ili raspršiti. S bilo kojom interakcijom tkiva i lasera, sva četiri procesa pojavljuju se u različitim stupnjevima, od kojih je apsorpcija najvažnija. Stupanj apsorpcije ovisi o sadržaju kromofora u tkivu. Kromofori su tvari koje učinkovito apsorbiraju valove određene duljine. Na primjer, energija CO2 lasera apsorbira meko tkivo tijela. To je zbog činjenice da valna duljina koja odgovara C02 dobro apsorbira molekule vode, koje čine do 80% mekih tkiva. Nasuprot tome, kost se minimalno apsorbira s C02 laserom, što je posljedica niske razine vode u koštanom tkivu. U početku, kada tkivo apsorbira lasersku energiju, njegove molekule počinju vibrirati. Apsorpcija dodatne energije uzrokuje denaturaciju, koagulaciju i, konačno, isparavanje proteina (isparavanja).

Kada se laserska energija reflektira u tkivu, potonje nije oštećeno, jer se smjer zračenja na površini mijenja. Isto tako, ako laserska energija prolazi kroz površinske tkiva u duboki sloj, ne utječe međuprostor. Ako se laserska zraka raspršuje u tkivo, energija se ne apsorbira na površinu, već se slučajno raspoređuje u duboke slojeve.

Treći faktor koji se odnosi na interakciju tkiva s laserom je gustoća energije. Kad laser i tkivo međusobno djeluju, kada su svi ostali čimbenici konstantni, promjena veličine mjesta ili vremena ekspozicije može utjecati na stanje tkiva. Ako se veličina mjesta laserske zrake smanjuje, moć djelovanja na određeni volumen tkiva povećava se. Isto tako, ako se veličina mjesta povećava, gustoća energije laserske zrake smanjuje se. Da biste promijenili veličinu mjesta, možete se usredotočiti, unaprijed fokusirati ili isključiti sustav izbacivanja na tkanini. Uz pre-fokusiranje i defocusiranje zraka, veličina mjesta je veća od fokusirane zrake, što rezultira manjom gustoćom snage.

Drugi način promjene efekata tkiva je pulsiranje laserske energije. Svi pulsni načini zračenja iskljucujuci periode napajanja i iskljucivanja. Budući da energija ne dopire do tkiva tijekom razdoblja isključivanja, moguće je raspršiti toplinu. Ako su periodi zatvaranja dulji od vremena toplinskog opuštanja ciljnog tkiva, vjerojatnost oštećenja okolnog tkiva toplinskom vodljivosti smanjuje se. Vrijeme toplinskog opuštanja je količina vremena potrebna za rasipanje polovice topline objekta. Omjer trajanja aktivnog razmaka do zbroja aktivnih i pasivnih intervala pulsiranja naziva se radni ciklus.

Radni ciklus = uključeno / isključeno + isključeno

Postoje razni načini pulsiranja. Energija se može proizvesti u serijama postavljanjem vremena kada laseri emitiraju (npr. OD c). Energija se može preklapati kada se konstantni val blokira u određenim intervalima mehaničkim zatvaračem. U modu super pulsiranja, energija se ne blokira, već se pohranjuje u laserskom izvoru energije tijekom razdoblja isključivanja, a zatim se izbacuje tijekom perioda. To jest, vrhunska energija u superpulusnom načinu rada znatno je viša nego u načinu konstantnog ili preklapanja.

U laseru koji generira gigantni impulsni režim, energija se također čuva tijekom razdoblja isključivanja, ali u laserskom okruženju. To se postiže pomoću prigušnog mehanizma u komori šupljine između dva ogledala. Zatvorena zaklopka sprječava stvaranje lasera, ali omogućuje energiju pohranjivanja na svakoj strani poklopca. Kada je preklop otvoren, ogledala se međusobno djeluju, uzrokujući stvaranje visoke energije laserske zrake. Vrhunska energija lasera koji generira gigantni impulsni režim je vrlo visoka s kratkim radnim ciklusom. Laserski sinkronizirani način rada sličan je laseru koji generira u divovskom impulsnom načinu rada, budući da se između dva ogledala u komori šupljine nalazi prigušnica. Laser s sinkroniziranim načinima otvara i zatvara zatvarač u sinkronizaciji s vremenom koje je potrebno da odražava svjetlost između dva zrcala.

Karakteristike lasera

• Laserski dioksid

Laserski ugljični dioksid najčešće se koristi u otorinolaringologiji / kirurgiji glave i vrata. Duljina vala je 10,6 nm - nevidljivi val daleko infracrvenog područja spektra elektromagnetskog zračenja. Potrebno je voditi stazu helium-neonskog lasera kako bi kirurg vidio područje utjecaja. Laserski medij je C02. Njegova valna duljina dobro se apsorbira molekulama vode u tkivu. Učinci su površni zbog velike apsorpcije i minimalne disperzije. Zračenje se može prenijeti samo preko zrcala i posebnih leća postavljenih na šarku. Traka ručice može se pričvrstiti na mikroskop radi preciznog rada pod povećanjem. Energija se također može izbaciti kroz ručku za fokusiranje pričvršćenu na šarku šarke.

• Nd: YAG laser

Valna duljina Nd: YAG (itrij-aluminijev granat s neodimijskim laserom) iznosi 1064 nm, tj. Blizu infracrvenog područja. Nevidljivo je ljudskom oku i zahtijeva sugestivan helijsko-neonski laserski snop. Laserski medij je itrij-aluminijev granat s neodimijem. Većina tjelesnih tkiva ne apsorbira ovu valnu duljinu. Međutim, pigmentirano tkivo to bolje apsorbira od pigmentiranog. Energija se prenosi kroz površinske slojeve većine tkiva i raspršuje se u dubokim slojevima.

U usporedbi s laserom ugljičnog dioksida, raspršenje Nd: YAG je znatno veće. Stoga je dubina penetracije veća i Nd: YAG je prikladna za koagulaciju dubokih ležišta. U eksperimentu maksimalna dubina koagulacije iznosi oko 3 mm (temperatura koagulacije +60 ° C). Zabilježeni su dobri rezultati liječenja dubokih perioralnih kapilarnih i kavernoznih formacija uz pomoć Nd: YAG lasera. Postoji i izvješće o uspješnoj laserskoj fotokoagulaciji s hemangiomima, limfangomima i arteriovenoznim kongenitalnim formacijama. Međutim, veća dubina prodiranja i neselektivno uništavanje predisponiraju na povećanje postoperativnog ožiljaka. Klinički to se svodi na najmanju moguću mjeru sigurnim postavkama napajanja, točkastom pristupu izbijanju i izbjegavanju područja kože. U praksi, korištenje tamno crvenog Nd: YAG lasera praktički je zamijenjeno laserima s valnom duljinom koja leži u žutom dijelu spektra. Međutim, upotrebljava se kao pomoćni laser za čvorove s tamnim crvenim bojama (boja luka).

Pokazano je da Nd: YAG laser inhibira proizvodnju kolagena, kako u kulturi fibroblasta, tako iu normalnoj koži in vivo. Ovo sugerira uspjeh ovog lasera u liječenju hipertrofičnih ožiljaka i keloida. No, klinički je učestalost ponovne pojave nakon keloida visoka, usprkos snažnom dodatnom lokalnom liječenju sa steroidima.

• Kontaktirajte Nd: YAG laser

Upotreba Nd: YAG lasera u kontaktnom načinu značajno mijenja fizička svojstva i apsorpciju zračenja. Kontaktni vrh sastoji se od kristala safira ili kvarca, izravno pričvršćenog na kraj laserskog vlakna. Kontaktni savjet izravno utječe na kožu i djeluje kao toplinski skalpel, rezanje i koaguliranje istovremeno. Postoje izvještaji o korištenju kontaktnog tipa sa širokim rasponom intervencija na mekim tkivima. Ove primjene su bliže elektrokoagulaciji od ne-kontakta Nd: YAG. U osnovi, kirurzi sada koriste laserske specifične valne duljine ne za rezanje tkiva, već za zagrijavanje vrha. Stoga principi interakcije lasera s tkivima ovdje nisu primjenjivi. Vrijeme odziva na kontaktni laseri nije tako izravna funkcija kao kod korištenja slobodnog vlakna, pa stoga postoji razdoblje za grijanje i hlađenje. Međutim, s iskustvom ovaj laser postaje prikladan za dodjelu kožnih i mišićnih graftova.

• Argon laser

Argonski laser emitira vidljive valove dužine 488-514 nm. Zbog oblikovanja komore šupljine i molekularne strukture laserskog medija, ova vrsta lasera proizvodi raspon dugih valnih duljina. Pojedini modeli mogu imati filter koji ograničava zračenje na jednu valnu duljinu. Energija argonskog lasera dobro apsorbira hemoglobin, a njegova disperzija je intermedijar između ugljičnog dioksida i Nd: YAG lasera. Sustav zračenja argona laser je svjetlovodni nosač. Zbog velike apsorpcije hemoglobina, vaskularne neoplazme kože apsorbiraju i energiju lasera.

• KTP laser

KTP (kalij titanil fosfat) laser je Nd: YAG laser čija frekvencija se udvostručuje (valna duljina je prepolovljena) prolazom laserske energije kroz KT kristal. To daje zeleno svjetlo (valna duljina 532 nm), što odgovara apsorpcijskom maksimumu hemoglobina. Njegov prodor u tkiva i raspršivanje sličan je onom argonskog lasera. Laserska energija se prenosi vlaknima. U načinu bez kontakta laserski isparava i koagulira. U polukontnom načinu, vrh vlakana jedva dotakne tkaninu i postaje alat za rezanje. Što se više energije koristi, to više laseri djeluju kao toplinski nož, slično laseru s ugljičnim kiselinama. Uređaji s nižom energijom koriste se prije svega za koagulaciju.

• Laserski boja uzbuđen svjetlom bljeskalice

Lasersko svjetlo uzbuđeno svjetlom bljeskalice bilo je prvi medicinski laseri posebno razvijeni za liječenje benignih vaskularnih neoplazmi kože. Ovo je vidljivi laser s valnom duljinom od 585 nm. Ova valna duljina podudara se s trećim vrhom apsorpcije oksihemoglobinom, pa se energija ovog lasera pretežno apsorbira hemoglobinom. U rasponu od 577-585 nm, postoji i manje apsorpcije od konkurentskih kromofora, kao što je melanin, i manje raspršivanje laserske energije u dermisu i epidermisu. Laserski medij je rodamamin boje, koji je optički uzbudjen svjetlom bljeskalice, a sustav zračenja je nosač optičkih vlakana. Vrh laserskog lasera ima zamjenjivi objektivni sustav koji omogućuje stvaranje veličine mjesta od 3, 5, 7 ili 10 mm. Lasersko pulsiranje s vremenom od 450 ms. Ovaj pulsni indeks odabran je na temelju vremena toplinskog opuštanja ektatskih žila pronađenih u benignim vaskularnim neoplazmama kože.

• Bakreni parni laser

Lasersko bakreno lasersko zračenje stvara vidljiva zračenja koja imaju dvije zasebne valne duljine: pulsirajući zeleni val duljine 512 nm i pulsni žuti val duljine 578 nm. Laserski medij je bakar, koji se uzbuđuje (isparava) električno. Sustav vlaknastih vlakana prenosi energiju na vrh, koji ima varijabilnu veličinu točke od 150-1000 μm. Vrijeme izlaganja kreće se od 0,075 s do konstantne. Vrijeme između impulsa također varira od 0,1 s do 0,8 s. Žuta bakrena bakrena bakrena svjetlost koristi se za liječenje benignih vaskularnih lezija na licu. Zeleni val može se koristiti za liječenje takvih pigmentiranih formacija kao freckles, lentigo, nevi i keratosis.

• Non-prigušen žuti boja lasera

Žuti boja sa neotamljenim valom je vidljivi svjetlosni laser koji proizvodi žuto svjetlo s valnom duljinom od 577 nm. Poput lasera na boji, uzbuđen svjetiljkom bljeskalice, podešava se mijenjanjem boja u komori za aktivaciju lasera. Boja je uzbuđena argonskim laserom. Sustav za izbacivanje ovog lasera je također optički kabel koji se može usmjeriti na različite veličine mjesta. Lasersko svjetlo može pulsirati pomoću mehaničkog zatvarača ili tipa Hexascanner koji je pričvršćen na kraj svjetlovodnog sustava. Hexascanner nasumično usmjerava pulsove laserske energije unutar šesterokutne konture. Poput laserskog boja uzbudenog svjetiljkom bljeskalice i laserskim bakrenim laserom, žuti boja lasera s neprigušenim valom idealno je za liječenje benignih vaskularnih lezija na licu.

• Erbium laser

Erbium: UAS laser koristi pojas apsorpcijskog spektra s vodom od 3000 nm. Njegova valna duljina od 2940 nm odgovara tom vrhu i jako se apsorbira tkiva vode (oko 12 puta veća od lasera ugljičnog dioksida). Ovaj laser, koji emitira u blizini infracrvenog spektra, nevidljiv je oku i treba ga koristiti s vidljivim svjetlom. Lasersku pumpu prenosi svjetlo bljeskalice i emitira makro-impulse od 200-300 μs trajanja, koje se sastoje od niza mikropulasa. Ovi se laseri koriste s vrhom koji je pričvršćen na šarku. Uređaj se može integrirati i uređaj za skeniranje radi bržeg i ravnomjernijeg uklanjanja tkiva.

• Rubin laser

Rubin laserski laser - crveni laser koji pulsira svjetlo s valnom duljinom od 694 nm. Ovaj laser, smješten u crvenom području spektra, vidljiv je s okom. Može imati laserski zatvarač za proizvodnju kratkih impulsa i postizanje dublje prodiranja u tkivo (dublje od 1 mm). Dugotračni rubinski laser koristi se za preferencijalno zagrijavanje folikula dlaka tijekom laserskog uklanjanja dlaka. Ovo lasersko zračenje prenosi se pomoću zrcala i sustava zglobne šipke. Slabo je apsorbiran vodom, ali jako apsorbira melanin. Različiti pigmenti koji se koriste za tetovaže također apsorbiraju zrake valne duljine 694 nm.

• Alexandriti laser

Laserska alexandrita, čvrsta stanja koja se može napuhati svjetlom bljeskalice, ima valnu duljinu od 755 nm. Ova valna duljina, smještena u crvenom dijelu spektra, nije vidljiva na oku i zbog toga zahtijeva vodilicu. Apsorbira plave i crne pigmente za tetovaže, kao i melanin, ali ne hemoglobin. To je relativno kompaktan laser koji može emitirati zračenje preko fleksibilnog vlakna. Laser prodire relativno duboko, što ga čini prikladnim za uklanjanje dlačica i tetovaža. Veličina mjesta je 7 i 12 mm.

• Diodni laser

Nedavno su diode na supravodljivim materijalima izravno povezane svjetlovodnim uređajima, što je dovelo do emisije laserskog zračenja različitih valnih duljina (ovisno o karakteristikama upotrijebljenog materijala). Laserski diodi se razlikuju po njihovoj izvedbi. Oni mogu prenijeti ulaznu električnu energiju u svjetlost s učinkovitošću od 50%. Ova učinkovitost, povezana s manjom proizvodnjom topline i ulaznom snagom, omogućuje kompaktnim laserskim diodama da imaju dizajn bez velikih sustava za hlađenje. Svjetlost se prenosi optičkim vlaknima.

• Filtrirana impulsna svjetiljka

Filtrirana lampa pulsa koja se koristi za uklanjanje dlaka nije laser. Naprotiv, to je intenzivan, nekoherentan impulsni spektar. Za emitiranje svjetlosti s valnom duljinom od 590-1200 nm, sustav koristi kristalne filtre. Širina i integralna gustoća impulsa, također varijabilna, zadovoljavaju kriterije za selektivnu fototermolizu, koja stavlja ovaj uređaj u skladu s laserima za uklanjanje dlaka.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]