کاربرد های پزشکی لیزرها
چکیده
لیزرها دستگاه‌های فوق‌العاده‌ای با پتانسیل کاربردی بسیار زیاد هستند و به طور گسترده و رو به رشدی در پزشکی نقش دارند. دانشمندان امروزه با استفاده از لیزرها در علم پزشکی، به دلیل درک بهتر از تعامل نور لیزر با بافت‌های زنده، به نتایج فوق العاده ای دست یافته اند. این فناوری که سریعتر و با دقت بالا کمتر تهاجمی هستند، در بیشتر حوزه های پزشکی در طول نیم قرن گذشته، از جمله پوست، چشم پزشکی، دندانپزشکی، گوش و حلق و بینی، گوارش، اورولوژی، زنان، قلب و عروق، جراحی مغز و اعصاب و ارتوپدی نفوذ کرده اند. این مقاله به اصول اساسی، ویژگی‌ها و کاربردهای پزشکی لیزرها نگاهی می‌اندازد.
مقدمه
برجسته ترین اختراع قرن بیستم کاربرد لیزرها در علم پزشکی است. کلمه LASER مخفف “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” به معنی “تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش” است. لیزر وسیله ای است که از انرژی برای انتقال نور در طول موج مشخص استفاده می کند و با تولید یک پرتو تابش بسیار باریک، آن نور را تقویت می کند.
لیزر بسیار متفاوت از منابع نور سنتی است و برای روشنایی استفاده نمی شود. تفاوت بین نور معمولی و نور لیزر مانند تفاوت بین امواج در وان حمام شما و امواج عظیم در دریا است. این در اندازه هایی از تقریبا یک دهم قطر موی انسان تا اندازه یک ساختمان بسیار بزرگ، در توان های مختلف از 10-9 تا 1020 وات، و در طول موج های مختلف از مایکروویو تا مناطق طیفی اشعه ایکس نرم با فرکانس های مربوطه از 1011 تا 1017 هرتز وجود دارد. علاوه بر این، لیزرها دارای انرژی پالس بسیار بالایی هستند، یعنی تا 104 ژول با مدت زمان پالس بسیار کوتاه یعنی 10-16 ثانیه. لیزر پرتو بسیار باریکی از تابش تولید می کند و انتشار آن به طور کلی طیف بسیار محدودی از طول موج های مرئی، مادون قرمز و ماوراء بنفش را پوشش می دهد.
کاربرد لیزرها در علم پزشکی
در طول نیم قرن گذشته، لیزرها راه خود را به چشم پزشکی، انکولوژی، جراحی زیبایی و بسیاری از زمینه های پزشکی و تحقیقات زیست پزشکی پیدا کرده اند.
تاریخچه
دانشمندان هزاران سال است که امکان استفاده از نور در درمان بیماری ها را شناخته اند. یونانیان و مصریان باستان از نور خورشید به عنوان یک درمان استفاده می کردند. این دو ایده حتی در اساطیر به هم گره خورده بودند و خدای یونانی آپولو مسئولیت نور و شفا را بر عهده داشت. با این حال، تنها از زمان اختراع لیزر در 50 سال پیش، دانشمندان پتانسیل نور در پزشکی واقعاً آشکار کرده اند.
خواص ویژه لیزرها باعث می شود که پزشکان بتوانند از آنها نسبت به نور خورشید یا سایر منابع نوری در هدف قرار دادن کاربردهای پزشکی بسیار بهتر استفاده کنند. هر لیزر در یک محدوده طول موج بسیار باریک عمل می کند و نور آن منسجم است. آنها همچنین می توانند بسیار قدرتمند باشند. پرتوها را می توان تا یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کرد و به آنها چگالی توان بالایی داد. دانشمندان و پزشکان با استفاده از این ویژگی ها، از لیزرها در بسیاری از زمینه های تشخیص و درمان پزشکی استفاده می کنند.
ترمیم پوست و چشم با لیزر
اولین کاربرد لیزرها در علم پزشکی در چشم پزشکی و پوست بود. تنها یک سال پس از اختراع لیزر در سال 1960، لئون گلدمن نشان داد که چگونه می توان از لیزر یاقوتی که نور قرمز ساطع می کند برای حذف لکه های شراب پورت، نوعی خال مادرزادی و ملانوم از پوست استفاده کرد. این نرم افزار به توانایی لیزرها برای کار در یک طول موج خاص متکی است. لیزر در حال حاضر به طور گسترده در پوست برای مواردی مانند تومور، خالکوبی، مو و حذف خال مادرزادی استفاده می شود. بیماران مبتلا به اشکال خاصی از دژنراسیون ماکولا را می توان با جراحی های لیزری مانند فتوکواگولاسیون لیزری و درمان فوتودینامیک کمک کرد. پزشکان در روش فوتوکواگولاسیون لیزری، پرتو لیزر را برای بستن خونریزی رگ‌های خونی به کار می گیرند.
در دهه 1940، دانشمندان آزمایش‌های مشابهی با نور خورشید انجام دادند، اما پزشکان برای موفقیت، به خواص منحصر به فرد لیزر نیاز داشتند. پزشکان همچنین از لیزر آرگون، برای جلوگیری از خونریزی داخلی در بیماران استفاده می کنند. نور سبز به طور انتخابی توسط هموگلوبین، رنگدانه در گلبول های قرمز خون جذب می شود تا خونریزی عروق خونی را مسدود کند. متخصصین از این روش در درمان سرطان برای تخریب عروق خونی وارد شده به تومور استفاده می کنند.
تأثیر لیزر در آنژیوپلاستی
پزشکان از یکی از کاربرد لیزرها در علم پزشکی، برای کمک به آنژیوپلاستی با بالون استفاده می کنند، که در پاکسازی عروق مسدود شده بسیار رایج است. آنها در این روش یک بالون تخلیه شده کوچک را که در یک کاتر نازک قرار دارد، از طریق شریان در ناحیه مسدود شده عبور می دهند. جراحان قلب وقتی بالون به نقطه مناسب رسید، آن را باد می کنند تا با فشرده کردن پلاک انسدادی روی دیواره‌های سرخرگ، رگ را باز کنند. این روش در مقایسه با جراحی بای پس معمولی هزینه کمتری دارد و کمتر در معرض عوارض است.
عیب آنژیوپلاستی با بالون این است که رگ می تواند دوباره بسته شود، زیرا لخته به طور دائم از بین نمی رود. محققان تخمین می زنند که حدود 30٪ موارد نیاز به تکرار روند دارند. این تکنیک در صورت انسداد کامل شریان ها کاربرد ندارد. کاربرد لیزرها در علم پزشکی به غلبه بر این مشکل کمک کرده است. لیزرها می توانند راه را برای بالون هموار کنند یا به تنهایی رگ ها را پاک کنند. در آنژیوپلاستی به کمک لیزر، لیزر Ar+ انرژی را از طریق کاتر و بالون یکبار مصرف منتقل می کند. بالون به باد کردن محل برای توقف جریان خون و مرکزیت فیبر نوری کمک می کند که لیزر را منتقل می کند و رگ را باز می کند. به نوبت، بالون و لیزر، مسیر را از طریق بلوک برای یکدیگر باز می کنند.
غربالگری و تشخیص انواع سرطان ها با لیزر
کاربرد لیزرها در علم پزشکی نقش مهمی در تشخیص زودهنگام سرطان و همچنین بسیاری از بیماری های دیگر دارند. برای مثال، در تل آویو، گروه کاتزیر به طیف‌سنجی مادون قرمز با استفاده از لیزرهای IR نگاه می‌کنند.این موضوع جالب است، زیرا سرطان و بافت سالم ممکن است انتقال های متفاوتی در محدوده مادون قرمز داشته باشند. یکی از کاربردهای امیدوارکننده این تکنیک اندازه گیری ملانوما است. تشخیص زودهنگام در مورد سرطان های پوست،برای میزان بقای بیماران بسیار مهم است. در حال حاضر تشخیص ملانوم توسط چشم انجام می شود، بنابراین به مهارت پزشک بستگی دارد. هر ساله در کشور اسرائیل، روزی داریم که همه می توانند برای غربالگری ملانوما رایگان مراجعه کنند. دو سال پیش ما سیستم خود را به یکی از مراکز بهداشتی بزرگ بردیم و توانستیم تفاوت IR بین علائم مشکوک اما خوش خیم و ملانوم واقعی را ببینیم.
کاتزیر، که اولین کنفرانس SPIE در مورد اپتیک زیست پزشکی را در سال 1984 سازماندهی کرد، و گروه او در تل آویو همچنین فیبرهای نوری را ایجاد کرده اند که در طول موج IR شفاف هستند تا این تکنیک به تحقیقات داخلی نیز تعمیم یابد. برای مثال می‌تواند جایگزینی سریع و بدون درد برای آزمایش‌های اسمیر دهانه رحم در زنان باشد. سیستم های مبتنی بر لیزر نیز شروع به جایگزینی اشعه ایکس می کنند که به طور سنتی در ماموگرافی استفاده می شود. استفاده از اشعه ایکس چالشی را به همراه دارد: برای اینکه بتوان سرطان ها را به خوبی تشخیص داد، به شدت بالا نیاز است، اما با افزایش شدت اشعه ایکس، خطر ایجاد سرطان توسط اشعه ایکس نیز افزایش می یابد. جایگزین مورد مطالعه استفاده از پالس های لیزری بسیار سریع برای تصویربرداری از سینه ها و همچنین سایر قسمت های بدن مانند مغز است.
استفاده از لیزر در میکروسکوپ های in vivo
لیزرها نقش کلیدی در انواع مختلف میکروسکوپ دارند. متخصصین به پیشرفت‌های پزشکی زیادی در این زمینه دست یافته اند. هدف آنها این است که بتوانند بدون برش دادن بدن بیمار، بفهمند در داخل بدن چه می‌گذرد. اندرسون از هاروارد می‌گوید: «در حال حاضر پیچیده‌ترین راه برای از بین بردن سرطان این است که جراح به سمت میکروسکوپ بدود تا ببیند آیا همه چیز را دارد یا خیر.»
یکی از نمونه‌های حوزه نو ظهور در کاربردهای پزشکی، اسکن میکروسکوپ نوری میدان نزدیک است که می‌تواند تصاویری با وضوح بسیار بیشتر از میکروسکوپ‌های نوری استاندارد تولید کند. این تکنیک مبتنی بر فیبرهای نوری است که متخصصین در نوک آنها در مقیاسی کوچکتر از طول موج لیزر حک کرده اند. این امکان تصویربرداری با طول موج فرعی را فراهم می کند و راه را برای تصویربرداری از سلول های بیولوژیکی هموار می کند.
بهره گیری از لیزر در دندانپزشکی
پوسیدگی دندان، بیماری لثه، برداشتن ضایعات، سفید کردن دندان ها، لیزر اغلب توسط دندانپزشکان برای انجام موارد فوق و موارد دیگر استفاده می شود. در دندانپزشکی جراحی، از لیزر برای برش یا تبخیر دقیق بافتی که با آن در تماس است استفاده می شود. هنگامی که لیزر برای روش های سفید کردن دندان استفاده می شود، به عنوان یک منبع گرما عمل می کند و اثر عوامل سفید کننده دندان را افزایش می دهد.
کاربرد لیزر در سنگ شکنی سنگ های صفراوی، کلیه یا مثانه
مایع گوارشی می تواند در کیسه صفرا رسوب کرده و سنگ های صفراوی را تشکیل دهد. اگر مجرای صفراوی را مسدود کنند، درمان فوری لازم است. استفاده از لیزر مادون قرمز یکی از جدیدترین روش‌های درمانی است. پزشکان از این لیزرها برای شکستن سنگ‌های صفراوی به قطعات کوچکتر استفاده می کنند. به لطف محصولات ما با دیافراگم عددی بالا، مشتریان ما از راه حل هایی برای حذف سنگ کیسه صفرا یا سنگ کلیه حتی در راه های بسیار باریک کلیه یا کیسه صفرا بهره مند می شوند. با پریفرم های خود با محتوای OH کم، فیبرهایی را با انتقال لیزر عالی در محدوده مادون قرمز فعال می کنیم. علاوه بر لیزرهای HoYAG از لیزرهای فیبر Tm نیز برای این کاربردها استفاده می شود. ما لوله های با دقت بالا را برای تولید الیاف لیزر Tm ارائه می دهیم.
استفاده از لیزر فراکسل در صنعت زیبایی پوست
لیزر فراکسل که احتمالاً در فرهنگ پاپ به عنوان لیزری برای کیم کارداشیان شناخته می‌شود، یک نیروگاه جدی در دسته جوانسازی پوست است. بهترین در کلاس برای رفع چین و چروک، درمان پای کلاغی، رفع آسیب های ناشی از نور خورشید و جوانسازی کلی پوست، لیزر فراکسل ترمیم است. پس از مدتی استفاده از Fraxel ، ممکن است احساس کنید پوستتان دچار آفتاب سوختگی شده اما پس از چند روز پوست شما 10 سال جوان تر، سفت تر و کاملاً با طراوت به نظر خواهد رسید.
جراحی رنگ چشم با لیزر
پزشکان از این تکنیک برای از بین بردن رنگدانه قهوه ای در عنبیه 12 استفاده می کنند، تا رنگ چشم را برای همیشه از قهوه ای به آبی یا سبز تغییر دهند. این روش سریع و بدون درد است و فقط یک دقیقه طول می کشد. با این حال، این تغییر برگشت ناپذیر است و نمی توان آن را بازیابی کرد مگر اینکه از لنزهای تماسی تغییر رنگ استفاده کنید. جراحی کاشت عنبیه روشی متفاوت است که رنگ چشم را تغییر نمی دهد، اما با ایمپلنت مصنوعی آن را مسدود می کند.
جراحی کاشت عنبیه زیبایی با لیزر
حذف رنگدانه با لیزر کراتوپیگمنتیشن جراحی کاشت عنبیه زیبایی و حذف رنگدانه با لیزر در ایالات متحده تایید نشده است. کراتوپیگمنتیشن یک روش نسبتا جدید است و در حال حاضر فقط در KERATO در شهر نیویورک انجام می شود. لنزهای تماسی تغییر رنگ در حال حاضر مطمئن ترین راه برای تغییر رنگ چشم شما هستند طبقه بندی لیزرها کاربردهای پزشکی به انواع مختلفی از لیزر نیاز دارد.
انواع لیزرها
لیزرها بر اساس محیط بهره خود به پنج نوع اصلی طبقه بندی می شوند:
لیزر حالت جامد:
لیزر حالت جامد لیزری است که از جامد به عنوان محیط لیزر استفاده می کند. در این لیزرها از مواد شیشه ای یا کریستالی استفاده می شود. در این لیزرها معمولاً از عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیم، کروم، اربیوم، تولیوم یا ایتربیوم به عنوان ماده ناخالصی استفاده می شود. دانشمندان لیزرهای Ruby و Nd:YAG را شناخته شده ترین لیزرهای حالت جامد می دانند.
لیزرهای گازی:
لیزر گازی لیزری است که در آن جریان الکتریکی از طریق گاز برای تولید نور از طریق فرآیندی به نام وارونگی جمعیت ارسال می شود. نمونه هایی از لیزرهای گازی عبارتند از: لیزرهای دی اکسید کربن (CO2)، لیزرهای هلیوم نئون، لیزرهای آرگون، لیزرهای کریپتون و لیزرهای اگزایمر.
لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری):
محققین دیودهای لیزری را لیزرهای نیمه هادی نیز می نامند. این نوع لیزرها شبیه دیودهای معمولی هستند که دارای یک اتصال بار مثبت-منفی (PN) هستند. در لیزرهای نیمه هادی، اتصال p-n یک دیود نیمه هادی، محیط فعال یا محیط لیزر را تشکیل می دهد. بهره نوری در مواد نیمه هادی تولید می شود. تفاوت این است که دیودهای لیزر دارای یک لایه ذاتی در محل اتصال PN هستند. متخصصین لایه های ذاتی این لیزرها را صیقلی می کنند تا فوتون ها تقویت شوند و در نهایت، آنها جریان الکتریکی را به نور لیزر تبدیل می کنند.
لیزرهای مایع (لیزرهای رنگی):
لیزرهای مایع از یک رنگ آلی به شکل مایع به عنوان محیط کسب خود استفاده می کنند. آنها همچنین به عنوان لیزرهای رنگی شناخته می شوند و در پزشکی لیزر مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از مزایای لیزرهای رنگی این است که آنها می توانند طیف وسیع تری از طول موج ها را تولید کنند، که آنها را کاندیدهای خوبی برای لیزرهای قابل تنظیم می کند. این بدین معنی است که می توان طول موج را در حین کار کنترل کرد.
لیزرهای فیبر:
لیزر فیبر نوع خاصی از لیزر حالت جامد است که برای خود یک دسته است. ویژگی‌های هدایت نور فیبر نوری چیزی است که این نوع لیزر را بسیار متفاوت می‌کند؛ پرتو لیزر مستقیم‌تر و کوچکتر از سایر انواع لیزر است و آن را دقیق‌تر می‌کند. کاربرد لیزرهای فیبر در علم پزشکی به دلیل ردپای کوچک، راندمان الکتریکی خوب، تعمیر و نگهداری کم و هزینه های عملیاتی پایین نیز مشهور هستند. دانشمندان برای برخی کاربردها از نمونه هایی مانند لیزرهای فیبر ایتربیوم و دوپ شده با اربیوم، استفاده می کنند.
به طور خلاصه، لیزر برای کاربردهای پزشکی بسیار مفید است. لیزرها با روش‌های تشخیصی پیشرفته و تکنیک‌های درمانی بهبودیافته، توانایی مراقبت بهتر از بیماران را به پزشکان ارائه می‌دهند. فناوری لیزر در دهه های گذشته به سرعت پیشرفت کرده است و لیزرها در بسیاری از تخصص های جراحی جایگاه خود را پیدا کرده اند. علاوه بر این، توسعه سیستم های لیزری پیشرفته منجر به تغییر قابل توجهی در استفاده بالینی آن در زمینه پزشکی خواهد شد.
