Za poslední půlstoletí se lasery používaly v oftalmologii, onkologii, plastické chirurgii a mnoha dalších oblastech medicíny a biomedicínského výzkumu.
Možnost využití světla k léčbě nemocí je známá již tisíce let. Staří Řekové a Egypťané používali sluneční záření v terapii a tyto dvě myšlenky byly dokonce spojeny v mytologii - řecký bůh Apollo byl bohem slunce a léčení.
Potenciál využití světla v medicíně byl skutečně odhalen až po vynálezu zdroje koherentního záření před více než 50 lety.
Díky svým speciálním vlastnostem jsou lasery mnohem účinnější než záření ze slunce nebo jiných zdrojů. Každý kvantový generátor pracuje ve velmi úzkém rozsahu vlnových délek a vyzařuje koherentní světlo. Lasery v medicíně vám také umožňují vytvářet vysoké síly. Paprsek energie může být soustředěn ve velmi malém bodě, díky čemuž je dosaženo jeho vysoké hustoty. Tyto vlastnosti vedly k tomu, že se dnes lasery používají v mnoha oblastech lékařské diagnostiky, terapie a chirurgie.
Ošetření pleti a očí
Použití laserů v medicíně začalo oftalmologií a dermatologií. KvantováGenerátor byl otevřen v roce 1960. A o rok později Leon Goldman předvedl, jak lze rubínově červený laser použít v medicíně k odstranění kapilární dysplazie, což je typ mateřského znaménka, a melanom.
Tato aplikace je založena na schopnosti koherentních zdrojů záření pracovat na určité vlnové délce. Koherentní zdroje záření se nyní široce používají k odstraňování nádorů, tetování, vlasů a mateřských znamének.
V dermatologii se používají lasery různých typů a vlnových délek, protože se léčí různé typy lézí a hlavní absorbující látka v nich. Vlnová délka také závisí na typu pokožky pacienta.
Dnes nelze praktikovat dermatologii nebo oftalmologii bez laserů, protože se staly hlavním nástrojem léčby pacientů. Použití kvantových generátorů pro korekci zraku a široké spektrum oftalmologických aplikací vzrostlo poté, co se Charles Campbell v roce 1961 stal prvním lékařem, který v medicíně použil červený laser k léčbě pacienta s odchlípením sítnice.
Později k tomuto účelu začali oftalmologové používat argonové zdroje koherentního záření v zelené části spektra. Zde byly vlastnosti samotného oka, zejména jeho čočky, použity k zaostření paprsku v oblasti odchlípení sítnice. Vysoce koncentrovaná síla zařízení ji doslova svařuje.
Pacienti s některými formami makulární degenerace mohou těžit z laserové operace – laserové fotokoagulace a fotodynamické terapie. V prvním postupu paprsek koherentnízáření se používá k utěsnění krevních cév a zpomalení jejich patologického růstu pod makulou.
Podobné studie byly provedeny ve 40. letech 20. století se slunečním zářením, ale lékaři k jejich úspěšnému dokončení potřebovali jedinečné vlastnosti kvantových generátorů. Dalším použitím argonového laseru bylo zastavení vnitřního krvácení. Selektivní absorpce zeleného světla hemoglobinem, pigmentem v červených krvinkách, se používá k blokování krvácejících cév. K léčbě rakoviny ničí krevní cévy, které vstupují do nádoru a dodávají mu živiny.
Toho nelze dosáhnout pomocí slunečního světla. Medicína je velmi konzervativní, jak by měla být, ale zdroje koherentního záření získaly uznání v různých oblastech. Lasery v medicíně nahradily mnoho tradičních nástrojů.
Oční lékařství a dermatologie také těží z excimerových zdrojů koherentního UV záření. Staly se široce používány pro přetváření rohovky (LASIK) pro korekci zraku. Lasery v estetické medicíně se používají k odstranění skvrn a vrásek.
Zisková kosmetická chirurgie
Takový technologický vývoj je u komerčních investorů nevyhnutelně oblíbený, protože má obrovský potenciál zisku. Analytická společnost Medtech Insight v roce 2011 odhadla velikost trhu s laserovými kosmetickými zařízeními na více než 1 miliardu amerických dolarů. Opravdu, navzdorykvůli klesající celkové poptávce po lékařských systémech během globálního poklesu se kosmetické operace založené na kvantových generátorech nadále těší silné poptávce ve Spojených státech, které jsou dominantním trhem pro laserové systémy.
Vizualizace a diagnostika
Lasery v medicíně hrají důležitou roli při včasném odhalení rakoviny a mnoha dalších onemocnění. Například v Tel Avivu se skupina vědců začala zajímat o IR spektroskopii využívající infračervené zdroje koherentního záření. Důvodem je to, že rakovina a zdravá tkáň mohou mít odlišnou propustnost infračerveného záření. Jednou ze slibných aplikací této metody je detekce melanomů. U rakoviny kůže je včasná diagnostika velmi důležitá pro přežití pacienta. V současné době se detekce melanomu provádí okem, takže nezbývá než se spolehnout na šikovnost lékaře.
V Izraeli může každý člověk jednou ročně zdarma podstoupit screening melanomu. Před několika lety byly v jednom z hlavních lékařských center provedeny studie, v jejichž důsledku bylo možné jasně pozorovat rozdíl v infračerveném rozsahu mezi potenciálními, ale nikoli nebezpečnými příznaky, a skutečným melanomem.
Katzir, organizátor první konference SPIE o biomedicínské optice v roce 1984, a jeho skupina v Tel Avivu také vyvinuli optická vlákna, která jsou transparentní pro infračervené vlnové délky, což umožňuje rozšíření metody na interní diagnostiku. Navíc může být rychlou a bezbolestnou alternativou stěru z děložního čípkugynekologie.
Modrý polovodičový laser v medicíně našel uplatnění ve fluorescenční diagnostice.
Systémy založené na kvantových generátorech také začínají nahrazovat rentgenové záření, které se tradičně používá v mamografii. Rentgenové snímky staví lékaře před těžké dilema: ke spolehlivému odhalení rakoviny potřebují vysokou intenzitu, ale samotné zvýšení radiace zvyšuje riziko rakoviny. Jako alternativa se zkoumá možnost použití velmi rychlých laserových pulzů k zobrazení hrudníku a dalších částí těla, jako je mozek.
OCT pro oči a další
Lasery v biologii a medicíně byly použity v optické koherentní tomografii (OCT), což vyvolalo vlnu nadšení. Tato zobrazovací technika využívá vlastností kvantového generátoru a může poskytovat velmi jasné (řádově mikron), průřezové a trojrozměrné obrazy biologické tkáně v reálném čase. OCT se již používá v oftalmologii a může například umožnit oftalmologovi vidět průřez rohovkou pro diagnostiku onemocnění sítnice a glaukomu. Dnes se tato technika začíná používat i v jiných oblastech medicíny.
Jedním z největších oborů vycházejících z OCT je zobrazování tepen pomocí optických vláken. Optická koherentní tomografie může být použita k hodnocení prasklého nestabilního plaku.
Mikroskopie živých organismů
Lasery ve vědě, technice a medicíně také hrajíklíčovou roli v mnoha typech mikroskopie. V této oblasti bylo učiněno velké množství vývoje, jehož účelem je vizualizovat, co se děje uvnitř pacientova těla bez použití skalpelu.
Nejtěžší na odstranění rakoviny je nutnost neustále používat mikroskop, aby se chirurg mohl ujistit, že je vše provedeno správně. Schopnost provádět živou mikroskopii a mikroskopii v reálném čase je významným pokrokem.
Novou aplikací laserů ve strojírenství a medicíně je skenování v blízkém poli optické mikroskopie, která dokáže vytvářet obrazy s mnohem vyšším rozlišením než standardní mikroskopy. Tato metoda je založena na optických vláknech se zářezy na koncích, jejichž rozměry jsou menší než vlnová délka světla. To umožnilo zobrazování pod vlnovou délkou a položilo základ pro zobrazování biologických buněk. Využití této technologie v IR laserech umožní lepší pochopení Alzheimerovy choroby, rakoviny a dalších změn v buňkách.
PDT a další ošetření
Vývoj v oblasti optických vláken pomáhá rozšiřovat možnosti využití laserů v dalších oblastech. Kromě toho, že umožňují diagnostiku uvnitř těla, lze energii koherentního záření přenést tam, kam je potřeba. Dá se použít při léčbě. Vláknové lasery jsou stále pokročilejší. Radikálně změní medicínu budoucnosti.
Obor fotomedicíny využívající fotosenzitivní chemikálielátky, které určitým způsobem interagují s tělem, mohou využívat kvantové generátory k diagnostice i léčbě pacientů. Například ve fotodynamické terapii (PDT) mohou laser a fotosenzitivní léčivo obnovit zrak u pacientů s „vlhkou“formou věkem podmíněné makulární degenerace, která je hlavní příčinou slepoty u lidí starších 50 let.
V onkologii se určité porfyriny hromadí v rakovinných buňkách a při osvětlení určitou vlnovou délkou fluoreskují, což ukazuje na umístění nádoru. Pokud jsou tyto stejné sloučeniny osvětleny jinou vlnovou délkou, stanou se toxickými a zabíjejí poškozené buňky.
Červený plynový helium-neonový laser se používá v lékařství při léčbě osteoporózy, lupénky, trofických vředů atd., protože tato frekvence je dobře absorbována hemoglobinem a enzymy. Radiace zpomaluje zánět, zabraňuje hyperémii a otoku a zlepšuje krevní oběh.
Personalizované zacházení
Genetika a epigenetika jsou dvě další oblasti, kde lze použít lasery.
V budoucnu se vše bude dít v nanoměřítku, což nám umožní dělat medicínu v měřítku buňky. Lasery, které dokážou generovat femtosekundové pulzy a naladit se na konkrétní vlnové délky, jsou ideálními partnery pro lékařské profesionály.
To vám otevře dveře k personalizované léčbě na základě individuálního genomu pacienta.
Leon Goldman - zakladatellaserová medicína
Když mluvíme o využití kvantových generátorů při léčbě lidí, nelze nezmínit Leona Goldmana. Je známý jako „otec“laserové medicíny.
Již rok po vynalezení koherentního zdroje záření se Goldman stal prvním výzkumníkem, který jej použil k léčbě kožních onemocnění. Technika, kterou vědec použil, připravila cestu pro následný rozvoj laserové dermatologie.
Jeho výzkum v polovině 60. let vedl k použití rubínového kvantového generátoru v chirurgii sítnice a objevům, jako je schopnost koherentního záření současně řezat kůži a uzavírat krevní cévy, což omezuje krvácení.
Goldman, dermatolog na University of Cincinnati po většinu své kariéry, založil Americkou společnost pro lasery v lékařství a chirurgii a pomohl položit základy bezpečnosti laserů. Zemřel 1997
Miniaturizace
První 2mikronové kvantové generátory měly velikost dvojitého lože a byly chlazeny kapalným dusíkem. Dnes se objevily diodové lasery velikosti dlaně a ještě menší vláknové lasery. Tyto změny připravují cestu pro nové aplikace a vývoj. Medicína budoucnosti bude mít malé lasery pro operace mozku.
Vzhledem k technologickému pokroku dochází k neustálému snižování nákladů. Stejně jako se lasery staly běžnou součástí domácích spotřebičů, začaly hrát klíčovou roli v nemocničním vybavení.
Pokud by dřívější lasery v medicíně byly velmi velké akomplexní, dnešní výroba z optických vláken výrazně snížila náklady a přechod na nanoměřítko sníží náklady ještě více.
Další použití
Urologové mohou laserem léčit zúžení močové trubice, benigní bradavice, močové kameny, kontrakturu močového měchýře a zvětšení prostaty.
Použití laseru v medicíně umožnilo neurochirurgům provádět přesné řezy a endoskopická vyšetření mozku a míchy.
Veterináři používají lasery k endoskopickým výkonům, koagulaci nádorů, řezům a fotodynamické terapii.
Zubní lékaři používají koherentní záření pro vytváření otvorů, operace dásní, antibakteriální procedury, desenzibilizaci zubů a orofaciální diagnostiku.
Laserové pinzety
Biomedicínští výzkumníci po celém světě používají optické pinzety, třídiče buněk a mnoho dalších nástrojů. Laserové pinzety slibují lepší a rychlejší diagnostiku rakoviny a byly použity k zachycení virů, bakterií, malých kovových částic a řetězců DNA.
V optických pinzetách se paprsek koherentního záření používá k přidržování a otáčení mikroskopických předmětů, podobně jako kovové nebo plastové pinzety mohou zachytit malé a křehké předměty. S jednotlivými molekulami lze manipulovat jejich připojením na mikronová sklíčka nebo polystyrenové kuličky. Když paprsek zasáhne míček, takzakřiví a má mírný dopad, tlačí míč přímo do středu paprsku.
Tím se vytvoří „optická past“, která je schopna zachytit malou částici v paprsku světla.
Laser v medicíně: klady a zápory
Energie koherentního záření, jehož intenzitu lze modulovat, se využívá k řezání, ničení nebo změně buněčné nebo extracelulární struktury biologických tkání. Navíc použití laserů v medicíně zkrátka snižuje riziko infekce a stimuluje hojení. Použití kvantových generátorů v chirurgii zvyšuje přesnost pitvy, jsou však nebezpečné pro těhotné ženy a existují kontraindikace pro použití fotosenzibilizujících léků.
Složitá struktura tkání neumožňuje jednoznačnou interpretaci výsledků klasických biologických analýz. Lasery v medicíně (foto) jsou účinným nástrojem ničení rakovinných buněk. Výkonné zdroje koherentního záření však působí bez rozdílu a ničí nejen postižené, ale i okolní tkáně. Tato vlastnost je důležitým nástrojem v technice mikrodisekce používané k provádění molekulární analýzy v místě zájmu se schopností selektivně ničit přebytečné buňky. Cílem této technologie je překonat heterogenitu přítomnou ve všech biologických tkáních, aby se usnadnilo jejich studium v dobře definované populaci. V tomto smyslu laserová mikrodisekce významně přispěla k rozvoji výzkumu, k porozuměnífyziologické mechanismy, které lze dnes jasně demonstrovat na úrovni populace a dokonce i jedné buňky.
Funkčnost tkáňového inženýrství se dnes stala hlavním faktorem ve vývoji biologie. Co se stane, když se aktinová vlákna během dělení přeříznou? Bude embryo Drosophila stabilní, pokud je buňka zničena během skládání? Jaké parametry se podílejí na meristémové zóně rostliny? Všechny tyto problémy lze vyřešit pomocí laserů.
Nanomedicína
V poslední době se objevilo mnoho nanostruktur s vlastnostmi vhodnými pro řadu biologických aplikací. Nejdůležitější z nich jsou:
- kvantové tečky jsou malé částice vyzařující světlo o velikosti nanometrů používané při vysoce citlivém zobrazování buněk;
- magnetické nanočástice, které našly uplatnění v lékařské praxi;
- polymerní částice pro zapouzdřené terapeutické molekuly;
- kovové nanočástice.
Vývoj nanotechnologie a použití laserů v medicíně zkrátka způsobilo revoluci ve způsobu podávání léků. Suspenze léčiv obsahujících nanočástice mohou zvýšit terapeutický index mnoha sloučenin (zvýšit rozpustnost a účinnost, snížit toxicitu) selektivním ovlivněním postižených tkání a buněk. Dodávají aktivní složku a také regulují uvolňování aktivní složky v reakci na vnější stimulaci. Nanoteranostika je dáleexperimentální přístup, který umožňuje dvojí použití nanočástic, léčivých látek, terapie a diagnostických zobrazovacích nástrojů, což otevírá cestu k personalizované léčbě.
Použití laserů v medicíně a biologii pro mikrodisekci a fotoablaci umožnilo porozumět fyziologickým mechanismům rozvoje onemocnění na různých úrovních. Výsledky pomohou určit nejlepší metody diagnostiky a léčby pro každého pacienta. Nepostradatelný bude také rozvoj nanotechnologií v těsném spojení s pokrokem v zobrazování. Nanomedicína je slibná nová forma léčby některých druhů rakoviny, infekčních onemocnění nebo diagnostiky.
