Per pastarąjį pusę amžiaus lazeriai buvo naudojami oftalmologijoje, onkologijoje, plastinėje chirurgijoje ir daugelyje kitų medicinos bei biomedicininių tyrimų sričių.
Galimybė naudoti šviesą ligoms gydyti žinoma jau tūkstančius metų. Senovės graikai ir egiptiečiai saulės spinduliuotę naudojo terapijoje, o šios dvi idėjos netgi buvo susietos mitologijoje – graikų dievas Apolonas buvo saulės ir gydymo dievas.
Tik po to, kai daugiau nei prieš 50 metų buvo išrastas koherentinis spinduliuotės š altinis, iš tikrųjų buvo atskleistos šviesos panaudojimo medicinoje galimybės.
Dėl savo ypatingų savybių lazeriai yra daug efektyvesni nei saulės ar kitų š altinių spinduliuotė. Kiekvienas kvantinis generatorius veikia labai siaurame bangų ilgių diapazone ir skleidžia koherentinę šviesą. Taip pat lazeriai medicinoje leidžia sukurti dideles galias. Energijos pluoštas gali būti sutelktas labai mažame taške, dėl kurio pasiekiamas didelis jo tankis. Šios savybės lėmė tai, kad šiandien lazeriai naudojami daugelyje medicinos diagnostikos, terapijos ir chirurgijos sričių.
Odos ir akių gydymas
Lazerių naudojimas medicinoje prasidėjo nuo oftalmologijos ir dermatologijos. KvantinėGeneratorius buvo atidarytas 1960 m. O po metų Leonas Goldmanas pademonstravo, kaip rubino raudonumo lazeris gali būti naudojamas medicinoje kapiliarų displazijai, tam tikros rūšies apgamui ir melanomai pašalinti.
Ši programa pagrįsta koherentinių spinduliuotės š altinių galimybe veikti esant tam tikram bangos ilgiui. Nuoseklios spinduliuotės š altiniai dabar plačiai naudojami navikams, tatuiruotėms, plaukams ir apgamams šalinti.
Dermatologijoje naudojami įvairaus tipo ir bangos ilgio lazeriai, nes gydomi įvairių tipų pažeidimai ir pagrindinė juose sugerianti medžiaga. Bangos ilgis taip pat priklauso nuo paciento odos tipo.
Šiandien negalima užsiimti dermatologija ar oftalmologija be lazerių, nes jie tapo pagrindine pacientų gydymo priemone. Kvantinių generatorių naudojimas regėjimo korekcijai ir įvairioms oftalmologinėms reikmėms išaugo po to, kai Charlesas Campbellas 1961 m. tapo pirmuoju gydytoju, kuris medicinoje panaudojo raudonąjį lazerį, gydydamas pacientą, kuriam atsiskyrusi tinklainė.
Vėliau šiam tikslui oftalmologai žaliojoje spektro dalyje pradėjo naudoti koherentinės spinduliuotės argono š altinius. Čia buvo naudojamos pačios akies, ypač jos lęšio, savybės, siekiant sufokusuoti spindulį tinklainės atsiskyrimo srityje. Labai koncentruota prietaiso galia ją tiesiog suvirina.
Pacientams, sergantiems tam tikromis geltonosios dėmės degeneracijos formomis, gali būti naudinga lazerinė chirurgija – lazerinė fotokoaguliacija ir fotodinaminė terapija. Pirmoje procedūroje pluoštas koherentinisspinduliuotė naudojama kraujagyslėms sandarinti ir jų patologiniam augimui po dėmėmis sulėtinti.
Panašūs tyrimai buvo atlikti XX a. ketvirtajame dešimtmetyje su saulės spinduliais, tačiau gydytojams reikėjo unikalių kvantinių generatorių savybių, kad juos sėkmingai užbaigtų. Kitas argono lazerio panaudojimas buvo sustabdyti vidinį kraujavimą. Hemoglobino, raudonųjų kraujo kūnelių pigmento, selektyvi žalios šviesos absorbcija buvo naudojama kraujavimo kraujagyslėms blokuoti. Norėdami gydyti vėžį, jie sunaikina kraujagysles, kurios patenka į naviką, ir aprūpina jį maistinėmis medžiagomis.
To negalima pasiekti naudojant saulės šviesą. Medicina yra labai konservatyvi, kaip ir turėtų būti, tačiau koherentinės spinduliuotės š altiniai sulaukė pripažinimo įvairiose srityse. Lazeriai medicinoje pakeitė daugelį tradicinių instrumentų.
Oftalmologijai ir dermatologijai taip pat buvo naudingi eksimeriniai nuoseklios UV spinduliuotės š altiniai. Jie plačiai naudojami ragenos formavimui (LASIK) regėjimo korekcijai. Estetinės medicinos lazeriai naudojami dėmėms ir raukšlėms pašalinti.
Pelninga kosmetinė chirurgija
Tokios technologinės naujovės neišvengiamai yra populiarios tarp komercinių investuotojų, nes turi didžiulį pelno potencialą. Analitinė bendrovė „Medtech Insight“2011 metais įvertino lazerinės grožio įrangos rinkos dydį daugiau nei 1 milijardu JAV dolerių. Tikrai, nepaisantpasaulinio nuosmukio metu mažėjant bendrai medicinos sistemų paklausai, kvantinių generatorių pagrindu veikiančios kosmetinės operacijos ir toliau turi didelę paklausą Jungtinėse Valstijose, dominuojančioje lazerinių sistemų rinkoje.
Vizualizacija ir diagnostika
Lazeriai medicinoje atlieka svarbų vaidmenį anksti nustatant vėžį, taip pat daugelį kitų ligų. Pavyzdžiui, Tel Avive grupė mokslininkų susidomėjo IR spektroskopija, naudojant infraraudonuosius koherentinės spinduliuotės š altinius. Taip yra dėl to, kad vėžys ir sveiki audiniai gali turėti skirtingą infraraudonųjų spindulių pralaidumą. Vienas iš perspektyvių šio metodo pritaikymų yra melanomų nustatymas. Sergant odos vėžiu, ankstyva diagnostika yra labai svarbi paciento išgyvenimui. Šiuo metu melanoma aptinkama akimis, todėl belieka pasikliauti gydytojo įgūdžiais.
Izraelyje kiekvienas žmogus gali kartą per metus apsilankyti nemokamam melanomos tyrimui. Prieš kelerius metus viename iš pagrindinių medicinos centrų buvo atlikti tyrimai, dėl kurių tapo įmanoma aiškiai pastebėti infraraudonųjų spindulių diapazono skirtumą tarp galimų, bet nepavojingų požymių ir tikrosios melanomos.
Katzir, pirmosios SPIE konferencijos apie biomedicininę optiką organizatorius 1984 m., ir jo grupė Tel Avive taip pat sukūrė optinius pluoštus, kurie yra skaidriai infraraudonųjų spindulių bangų ilgiams, todėl metodą galima išplėsti ir vidinės diagnostikos srityje. Be to, tai gali būti greita ir neskausminga gimdos kaklelio tepinėlio alternatyvaginekologija.
Mėlynas puslaidininkinis lazeris medicinoje buvo pritaikytas fluorescencinėje diagnostikoje.
Sistemos, pagrįstos kvantiniais generatoriais, taip pat pradeda keisti rentgeno spindulius, kurie tradiciškai buvo naudojami mamografijoje. Rentgeno spinduliai kelia medikams sunkią dilemą: norint patikimai nustatyti vėžį, reikia didelio intensyvumo, tačiau pats radiacijos padidėjimas padidina vėžio riziką. Kaip alternatyva, tiriama galimybė naudoti labai greitus lazerio impulsus krūtinės ląstos ir kitų kūno dalių, pvz., smegenų, vaizdui gauti.
OKT akims ir dar daugiau
Lazeriai biologijoje ir medicinoje buvo naudojami optinėje koherentinėje tomografijoje (OCT), o tai sukėlė entuziazmo bangą. Šis vaizdo gavimo metodas naudoja kvantinio generatoriaus savybes ir gali pateikti labai aiškius (mikrono dydžio), skerspjūvio ir trimačius biologinio audinio vaizdus realiu laiku. UŠT jau naudojama oftalmologijoje ir gali, pavyzdžiui, leisti oftalmologui pamatyti skersinį ragenos pjūvį, kad būtų galima diagnozuoti tinklainės ligas ir glaukomą. Šiandien ši technika pradedama taikyti ir kitose medicinos srityse.
Viena didžiausių UŠT sričių yra arterijų optinio pluošto vaizdavimas. Optinė koherentinė tomografija gali būti naudojama plyšusiai nestabiliai apnašai įvertinti.
Gyvų organizmų mikroskopija
Lazeriai mokslo, technologijų ir medicinos srityse taip pat yra svarbūspagrindinis vaidmuo daugelyje mikroskopijos tipų. Šioje srityje buvo atlikta daug patobulinimų, kurių tikslas – vizualizuoti, kas vyksta paciento kūne nenaudojant skalpelio.
Sunkiausia dalis pašalinant vėžį yra būtinybė nuolat naudoti mikroskopą, kad chirurgas galėtų įsitikinti, ar viskas atlikta teisingai. Galimybė atlikti tiesioginę ir realiojo laiko mikroskopiją yra didelė pažanga.
Nauja lazerių taikymas inžinerijoje ir medicinoje yra optinės mikroskopijos artimojo lauko skenavimas, leidžiantis gauti vaizdus, kurių skiriamoji geba yra daug didesnė nei standartinių mikroskopų. Šis metodas pagrįstas optinėmis skaidulomis su įpjovomis galuose, kurių matmenys yra mažesni už šviesos bangos ilgį. Tai įgalino subbanginio ilgio vaizdavimą ir padėjo pagrindą biologinių ląstelių vaizdavimui. Šios technologijos naudojimas IR lazeriuose leis geriau suprasti Alzheimerio ligą, vėžį ir kitus ląstelių pokyčius.
PDT ir kiti gydymo būdai
Plėtra optinių skaidulų srityje padeda išplėsti lazerių panaudojimo galimybes kitose srityse. Be to, kad jie leidžia atlikti diagnostiką kūno viduje, koherentinės spinduliuotės energiją galima perkelti ten, kur jos reikia. Jis gali būti naudojamas gydymui. Skaiduliniai lazeriai tampa daug tobulesni. Jie radikaliai pakeis ateities mediciną.
Fotomedicinos sritis, naudojant šviesai jautrią cheminę medžiagąmedžiagos, kurios tam tikru būdu sąveikauja su kūnu, gali naudoti kvantinius generatorius pacientams diagnozuoti ir gydyti. Pavyzdžiui, taikant fotodinaminę terapiją (PDT), lazeris ir šviesai jautrus vaistas gali atkurti regėjimą pacientams, sergantiems „šlapia“su amžiumi susijusia geltonosios dėmės degeneracija, kuri yra pagrindinė vyresnių nei 50 metų žmonių aklumo priežastis.
Onkologijoje tam tikri porfirinai kaupiasi vėžinėse ląstelėse ir fluorescuoja, kai apšviečiamas tam tikru bangos ilgiu, nurodant naviko vietą. Jei tie patys junginiai vėliau apšviečiami skirtingu bangos ilgiu, jie tampa toksiški ir naikina pažeistas ląsteles.
Raudonųjų dujų helio-neono lazeris naudojamas medicinoje gydant osteoporozę, psoriazę, trofines opas ir kt., nes šį dažnį gerai sugeria hemoglobinas ir fermentai. Spinduliuotė sulėtina uždegimą, apsaugo nuo hiperemijos ir patinimų, gerina kraujotaką.
Asmeninis gydymas
Genetika ir epigenetika yra dar dvi sritys, kuriose galima naudoti lazerius.
Ateityje viskas vyks nanoskalėje, o tai leis mums atlikti mediciną ląstelės mastu. Lazeriai, galintys generuoti femtosekundinius impulsus ir prisitaikyti prie tam tikrų bangų ilgių, yra idealūs medicinos specialistų partneriai.
Tai atvers duris individualiam gydymui, pagrįstam individualiu paciento genomu.
Leonas Goldmanas – įkūrėjaslazerinė medicina
Kalbant apie kvantinių generatorių naudojimą gydant žmones, negalima nepaminėti Leono Goldmano. Jis žinomas kaip lazerinės medicinos „tėvas“.
Jau praėjus metams po to, kai išrado koherentinį spinduliuotės š altinį, Goldmanas tapo pirmuoju mokslininku, kuris jį panaudojo odos ligoms gydyti. Metodas, kurį naudojo mokslininkas, atvėrė kelią tolesniam lazerinės dermatologijos vystymuisi.
Jo tyrimai septintojo dešimtmečio viduryje paskatino rubino kvantinį generatorių naudoti tinklainės chirurgijoje ir atrado tokius atradimus, kaip koherentinės spinduliuotės gebėjimas tuo pačiu metu perpjauti odą ir užsandarinti kraujagysles, taip apribodamas kraujavimą.
Goldmanas, Sinsinačio universiteto dermatologas didžiąją savo karjeros dalį, įkūrė Amerikos medicinos ir chirurgijos lazerių draugiją ir padėjo pagrindus lazerių saugai. Mirė 1997 m.
Miniatūrizavimas
Pirmieji 2 mikronų kvantiniai generatoriai buvo dvigulės lovos dydžio ir buvo aušinami skystu azotu. Šiandien atsirado delno dydžio diodiniai lazeriai ir dar mažesni šviesolaidiniai lazeriai. Šie pakeitimai atveria kelią naujoms programoms ir plėtrai. Ateities medicina turės mažus lazerius smegenų chirurgijai.
Dėl technologijų pažangos nuolat mažėja sąnaudos. Kaip lazeriai tapo įprasta buitine technika, jie pradėjo vaidinti pagrindinį vaidmenį ligoninių įrangoje.
Jei anksčiau lazeriai medicinoje buvo labai dideli irSudėtinga, šiandieninė šviesolaidžio gamyba žymiai sumažino sąnaudas, o perėjimas prie nanoskalės sumažins sąnaudas dar labiau.
Kita paskirtis
Urologai lazeriu gali gydyti šlaplės susiaurėjimą, gerybines karpas, šlapimo akmenis, šlapimo pūslės kontraktūrą ir prostatos padidėjimą.
Lazerio naudojimas medicinoje leido neurochirurgams atlikti tikslius galvos ir nugaros smegenų pjūvius ir endoskopinius tyrimus.
Veterinarai lazerius naudoja endoskopinėms procedūroms, naviko krešėjimui, pjūviams ir fotodinaminei terapijai.
Odontologai naudoja koherentinę spinduliuotę skylėms daryti, dantenų chirurgijai, antibakterinėms procedūroms, dantų desensibilizacijai ir burnos bei veido diagnostikai.
Lazeriniai pincetai
Biomedicinos tyrinėtojai visame pasaulyje naudoja optinius pincetus, ląstelių rūšiavimo priemones ir daugybę kitų įrankių. Lazeriniai pincetai žada geresnę ir greitesnę vėžio diagnozę ir buvo naudojami virusams, bakterijoms, mažoms metalo dalelėms ir DNR grandinėms užfiksuoti.
Optiniuose pincetuose koherentinės spinduliuotės spindulys naudojamas mikroskopiniams objektams laikyti ir pasukti, panašiai kaip metaliniai ar plastikiniai pincetai gali paimti mažus ir trapius daiktus. Atskiros molekulės gali būti manipuliuojamos pritvirtinant jas prie mikrono dydžio stiklelių arba polistireno granulių. Kai spindulys atsitrenkia į kamuolį, taikreipiasi ir daro nedidelį smūgį, stumdamas kamuolį tiesiai į spindulio centrą.
Tai sukuria „optinį spąstą“, galintį sulaikyti nedidelę dalelę šviesos pluošte.
Lazeris medicinoje: privalumai ir trūkumai
Koherentinės spinduliuotės energija, kurios intensyvumas gali būti moduliuojamas, naudojama biologinių audinių ląstelinei ar ekstraląstelinei struktūrai pjauti, sunaikinti arba pakeisti. Be to, lazerių naudojimas medicinoje, trumpai tariant, sumažina infekcijos riziką ir skatina gijimą. Kvantinių generatorių naudojimas chirurgijoje padidina skrodimo tikslumą, tačiau jie yra pavojingi nėščioms moterims ir yra kontraindikacijų dėl fotosensibilizuojančių vaistų vartojimo.
Sudėtinga audinių struktūra neleidžia vienareikšmiškai interpretuoti klasikinių biologinių tyrimų rezultatų. Lazeriai medicinoje (nuotrauka) yra veiksminga priemonė vėžinėms ląstelėms naikinti. Tačiau galingi koherentinės spinduliuotės š altiniai veikia be atskyrimo ir naikina ne tik paveiktus, bet ir aplinkinius audinius. Ši savybė yra svarbi priemonė mikrodissekcijoje, naudojamoje molekulinei analizei atlikti dominančioje vietoje, su galimybe selektyviai sunaikinti ląstelių perteklių. Šios technologijos tikslas yra įveikti heterogeniškumą, esantį visuose biologiniuose audiniuose, siekiant palengvinti jų tyrimą tiksliai apibrėžtoje populiacijoje. Šia prasme lazerinė mikrodisekcija labai prisidėjo prie tyrimų plėtros, supratimofiziologiniai mechanizmai, kuriuos šiandien galima aiškiai parodyti populiacijos ir net vienos ląstelės lygiu.
Šiandien audinių inžinerijos funkcionalumas tapo pagrindiniu biologijos vystymosi veiksniu. Kas atsitiks, jei dalijimosi metu nupjaunamos aktino skaidulos? Ar Drosophila embrionas bus stabilus, jei ląstelė sunaikinama lankstymo metu? Kokie parametrai yra susiję su augalo meristemine zona? Visas šias problemas galima išspręsti naudojant lazerius.
Nanomedicina
Pastaruoju metu atsirado daug nanostruktūrų, kurių savybės tinka įvairioms biologinėms reikmėms. Svarbiausi iš jų yra:
- kvantiniai taškai yra mažytės nanometro dydžio šviesą skleidžiančios dalelės, naudojamos labai jautriam ląstelių vaizdavimui;
- magnetinės nanodalelės, kurios buvo pritaikytos medicinos praktikoje;
- polimero dalelės, skirtos kapsuliuotoms gydomosioms molekulėms;
- metalo nanodalelės.
Nanotechnologijų plėtra ir lazerių naudojimas medicinoje, trumpai tariant, pakeitė vaistų skyrimo būdą. Nanodalelių suspensijos, kuriose yra vaistų, gali padidinti daugelio junginių terapinį indeksą (padidinti tirpumą ir veiksmingumą, sumažinti toksiškumą), selektyviai veikdamos paveiktus audinius ir ląsteles. Jie tiekia veikliąją medžiagą ir taip pat reguliuoja veikliosios medžiagos išsiskyrimą reaguojant į išorinę stimuliaciją. Nanoteranostika yra toliaueksperimentinis metodas, leidžiantis dvejopai naudoti nanodaleles, vaistų junginius, terapijos ir diagnostikos vaizdo gavimo priemones, atveriant kelią individualizuotam gydymui.
Lazerių naudojimas medicinoje ir biologijoje mikrodisekcijai ir fotoabliacijai leido suprasti fiziologinius ligų vystymosi mechanizmus įvairiais lygiais. Rezultatai padės nustatyti kiekvienam pacientui geriausius diagnostikos ir gydymo metodus. Nanotechnologijų plėtra, glaudžiai susijusi su vaizdo gavimo pažanga, taip pat bus būtina. Nanomedicina yra perspektyvi nauja tam tikrų vėžio, infekcinių ligų gydymo ar diagnostikos forma.
