در طول نیم قرن گذشته، لیزر در چشم پزشکی، انکولوژی، جراحی پلاستیک و بسیاری از زمینه های دیگر پزشکی و تحقیقات زیست پزشکی استفاده شده است.
امکان استفاده از نور برای درمان بیماری ها هزاران سال است که شناخته شده است. یونانیان و مصریان باستان از تشعشعات خورشیدی در درمان استفاده می کردند و این دو ایده حتی در اساطیر به هم مرتبط بودند - خدای یونانی آپولو خدای خورشید و شفا بود.
تنها پس از اختراع منبع تشعشع منسجم بیش از 50 سال پیش بود که پتانسیل استفاده از نور در پزشکی واقعاً آشکار شد.
لیزرها به دلیل خواص ویژه ای که دارند بسیار کارآمدتر از تابش خورشید یا منابع دیگر هستند. هر مولد کوانتومی در یک محدوده طول موج بسیار باریک عمل می کند و نور منسجمی از خود ساطع می کند. همچنین لیزر در پزشکی به شما امکان ایجاد قدرت های بالا را می دهد. پرتو انرژی را می توان در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کرد که به همین دلیل چگالی بالایی به دست می آید. این ویژگی ها منجر به این واقعیت شده است که امروزه از لیزر در بسیاری از زمینه های تشخیص پزشکی، درمان و جراحی استفاده می شود.
درمان پوست و چشم
استفاده از لیزر در پزشکی با چشم پزشکی و پوست آغاز شد. کوانتومیژنراتور در سال 1960 افتتاح شد. و یک سال بعد، لئون گلدمن نشان داد که چگونه می توان از لیزر قرمز یاقوتی در پزشکی برای از بین بردن دیسپلازی مویرگی، نوعی خال مادرزادی و ملانوم استفاده کرد.
این برنامه مبتنی بر توانایی منابع تشعشعی منسجم برای عملکرد در طول موج معین است. منابع تشعشع منسجم اکنون به طور گسترده برای از بین بردن تومورها، خالکوبی ها، موها و خال ها استفاده می شود.
لیزرها در انواع و طول موج های مختلف درماتولوژی استفاده می شوند، زیرا انواع ضایعات درمان می شوند و ماده جاذب اصلی درون آنهاست. طول موج همچنین به نوع پوست بیمار بستگی دارد.
امروزه نمی توان بدون داشتن لیزر درماتولوژی پوست یا چشم پزشکی انجام داد، زیرا آنها به ابزار اصلی درمان بیماران تبدیل شده اند. استفاده از ژنراتورهای کوانتومی برای تصحیح بینایی و طیف وسیعی از کاربردهای چشمی پس از اینکه چارلز کمپل اولین پزشکی بود که در سال 1961 از لیزر قرمز در پزشکی برای درمان بیمار مبتلا به پارگی شبکیه استفاده کرد، رشد کرد.
بعدها، برای این منظور، چشم پزشکان شروع به استفاده از منابع آرگون تشعشعات منسجم در قسمت سبز طیف کردند. در اینجا از خواص خود چشم، به ویژه عدسی آن، برای تمرکز پرتو در ناحیه جداشدگی شبکیه استفاده شد. قدرت بسیار متمرکز دستگاه به معنای واقعی کلمه او را جوش می دهد.
بیماران مبتلا به برخی از اشکال دژنراسیون ماکولا می توانند از جراحی لیزری - فتوکواگولاسیون لیزری و فتودینامیک درمانی بهره ببرند. در روش اول، پرتو منسجمپرتو برای بستن رگ های خونی و کند کردن رشد پاتولوژیک آنها در زیر ماکولا استفاده می شود.
مطالعات مشابهی در دهه 1940 با نور خورشید انجام شد، اما پزشکان برای تکمیل موفقیت آمیز آنها به خواص منحصر به فرد ژنراتورهای کوانتومی نیاز داشتند. استفاده بعدی از لیزر آرگون برای جلوگیری از خونریزی داخلی بود. جذب انتخابی نور سبز توسط هموگلوبین، رنگدانه ای در گلبول های قرمز خون، برای جلوگیری از خونریزی رگ های خونی استفاده شده است. برای درمان سرطان، رگ‌های خونی وارد تومور را از بین می‌برند و مواد مغذی آن را تامین می‌کنند.
این را نمی توان با استفاده از نور خورشید به دست آورد. پزشکی بسیار محافظه کارانه است، همانطور که باید باشد، اما منابع تابش منسجم در زمینه های مختلف مقبولیت یافته اند. لیزر در پزشکی جایگزین بسیاری از ابزارهای سنتی شده است.
چشم‌شناسی و پوست نیز از منابع اکسایمر اشعه UV منسجم بهره‌مند شده‌اند. آنها به طور گسترده ای برای تغییر شکل قرنیه (لیزیک) برای اصلاح بینایی استفاده می شوند. لیزر در پزشکی زیبایی برای رفع لک و چین و چروک استفاده می شود.
جراحی زیبایی سودآور
چنین پیشرفت‌های فناوری به ناچار مورد استقبال سرمایه‌گذاران تجاری قرار می‌گیرد، زیرا پتانسیل زیادی برای کسب سود دارند. شرکت تحلیلی Medtech Insight در سال 2011 اندازه بازار تجهیزات لیزر زیبایی را بیش از 1 میلیارد دلار تخمین زد. در واقع، با وجودبا کاهش تقاضای کلی برای سیستم‌های پزشکی در طول رکود جهانی، جراحی‌های زیبایی مبتنی بر ژنراتور کوانتومی همچنان از تقاضای بالایی در ایالات متحده، بازار غالب سیستم‌های لیزر، برخوردار هستند.
تجسم و تشخیص
لیزر در پزشکی نقش مهمی در تشخیص زودهنگام سرطان و همچنین بسیاری از بیماری های دیگر دارد. به عنوان مثال، در تل آویو، گروهی از دانشمندان به طیف سنجی IR با استفاده از منابع مادون قرمز تشعشع منسجم علاقه مند شدند. دلیل این امر این است که سرطان و بافت سالم ممکن است نفوذپذیری مادون قرمز متفاوتی داشته باشند. یکی از کاربردهای امیدوارکننده این روش، تشخیص ملانوم است. در سرطان پوست، تشخیص زودهنگام برای بقای بیمار بسیار مهم است. در حال حاضر، تشخیص ملانوم توسط چشم انجام می شود، بنابراین باید به مهارت پزشک تکیه کرد.
در اسرائیل، هر فرد می تواند سالی یک بار برای غربالگری ملانوما رایگان مراجعه کند. چند سال پیش، مطالعاتی در یکی از مراکز اصلی پزشکی انجام شد که در نتیجه آن، مشاهده واضح تفاوت در محدوده مادون قرمز بین علائم بالقوه، اما نه خطرناک، و ملانوم واقعی ممکن شد.
Katzir، سازمان دهنده اولین کنفرانس SPIE در مورد اپتیک زیست پزشکی در سال 1984، و گروهش در تل آویو همچنین فیبرهای نوری را توسعه دادند که نسبت به طول موج های مادون قرمز شفاف هستند و به این روش اجازه می دهند تا به تشخیص داخلی نیز بسط داده شود. علاوه بر این، می تواند یک جایگزین سریع و بدون درد برای اسمیر دهانه رحم باشدزنان و زایمان.
لیزر نیمه هادی آبی در پزشکی کاربردهایی در تشخیص فلورسانس پیدا کرده است.
سیستم های مبتنی بر ژنراتورهای کوانتومی نیز شروع به جایگزینی اشعه ایکس کرده اند که به طور سنتی در ماموگرافی استفاده می شود. اشعه ایکس پزشکان را با یک معضل دشوار مواجه می کند: آنها برای تشخیص مطمئن سرطان ها به شدت بالایی نیاز دارند، اما افزایش تابش خود خطر ابتلا به سرطان را افزایش می دهد. به عنوان جایگزین، امکان استفاده از پالس های لیزری بسیار سریع برای تصویربرداری از قفسه سینه و سایر قسمت های بدن مانند مغز در حال بررسی است.
OCT برای چشم و موارد دیگر
لیزر در زیست شناسی و پزشکی در توموگرافی انسجام نوری (OCT) استفاده شده است که موجی از شور و شوق را به همراه داشته است. این تکنیک تصویربرداری از خواص یک مولد کوانتومی استفاده می کند و می تواند تصاویر بسیار واضح (به ترتیب میکرون)، مقطعی و سه بعدی از بافت بیولوژیکی را در زمان واقعی ارائه دهد. OCT در حال حاضر در چشم پزشکی استفاده می شود و به عنوان مثال می تواند به چشم پزشک اجازه دهد تا مقطع قرنیه را برای تشخیص بیماری های شبکیه و گلوکوم ببیند. امروزه استفاده از این تکنیک در سایر زمینه های پزشکی نیز آغاز شده است.
یکی از بزرگترین میدان هایی که از OCT پدیدار می شود، تصویربرداری فیبر نوری از شریان ها است. توموگرافی انسجام نوری می تواند برای ارزیابی پلاک ناپایدار پاره شده استفاده شود.
میکروسکوپ موجودات زنده
لیزر در علم، فناوری، پزشکی نیز بازی می کندنقش کلیدی در بسیاری از انواع میکروسکوپ. پیشرفت‌های زیادی در این زمینه انجام شده است که هدف آن تجسم آنچه در داخل بدن بیمار اتفاق می‌افتد بدون استفاده از چاقوی جراحی است.
سخت ترین قسمت در مورد حذف سرطان، نیاز به استفاده مداوم از میکروسکوپ است تا جراح بتواند مطمئن شود همه چیز به درستی انجام شده است. توانایی انجام میکروسکوپ زنده و بلادرنگ پیشرفت قابل توجهی است.
کاربرد جدید لیزر در مهندسی و پزشکی، اسکن میدان نزدیک میکروسکوپ نوری است که می تواند تصاویری با وضوح بسیار بالاتر از میکروسکوپ های استاندارد تولید کند. این روش مبتنی بر فیبرهای نوری با بریدگی هایی در انتهای آن است که ابعاد آنها کوچکتر از طول موج نور است. این تصویربرداری با طول موج را فعال کرد و پایه و اساس تصویربرداری از سلول های بیولوژیکی را ایجاد کرد. استفاده از این فناوری در لیزرهای مادون قرمز به درک بهتر بیماری آلزایمر، سرطان و سایر تغییرات در سلول ها کمک می کند.
PDT و سایر درمان ها
توسعه ها در زمینه فیبرهای نوری به گسترش امکانات استفاده از لیزر در سایر زمینه ها کمک می کند. علاوه بر این واقعیت که آنها اجازه تشخیص را در داخل بدن می دهند، انرژی تابش منسجم را می توان به جایی که لازم است منتقل کرد. می توان از آن در درمان استفاده کرد. لیزرهای فیبر بسیار پیشرفته تر می شوند. آنها به طور اساسی پزشکی آینده را تغییر خواهند داد.
حوزه فتوپزشکی با استفاده از مواد شیمیایی حساس به نورموادی که به روشی خاص با بدن در تعامل هستند می توانند از ژنراتورهای کوانتومی برای تشخیص و درمان بیماران استفاده کنند. به عنوان مثال، در درمان فتودینامیک (PDT)، یک لیزر و یک داروی حساس به نور می‌تواند بینایی را در بیماران مبتلا به نوع «مرطوب» دژنراسیون ماکولا وابسته به سن، که علت اصلی نابینایی در افراد بالای 50 سال است، بازگرداند.
در سرطان‌شناسی، پورفیرین‌های خاصی در سلول‌های سرطانی تجمع می‌یابند و هنگامی که در طول موج مشخصی روشن می‌شوند فلورسانس می‌شوند، که محل تومور را نشان می‌دهد. اگر این ترکیبات مشابه با طول موج متفاوتی روشن شوند، سمی می شوند و سلول های آسیب دیده را می کشند.
لیزر هلیوم نئون گاز قرمز در پزشکی در درمان پوکی استخوان، پسوریازیس، زخم های تروفیک و غیره استفاده می شود، زیرا این فرکانس به خوبی توسط هموگلوبین و آنزیم ها جذب می شود. تابش التهاب را کند می کند، از پرخونی و تورم جلوگیری می کند و گردش خون را بهبود می بخشد.
درمان شخصی
ژنتیک و اپی ژنتیک دو حوزه دیگری هستند که می توان از لیزر استفاده کرد.
در آینده، همه چیز در مقیاس نانو اتفاق می افتد، که به ما امکان می دهد در مقیاس سلولی پزشکی انجام دهیم. لیزرهایی که می‌توانند پالس‌های فمتوثانیه تولید کنند و با طول موج‌های خاص تنظیم شوند، شرکای ایده‌آلی برای متخصصان پزشکی هستند.
این راه را برای درمان شخصی بر اساس ژنوم فردی بیمار باز می کند.
لئون گلدمن - بنیانگذارلیزر درمانی
در مورد استفاده از ژنراتورهای کوانتومی در درمان افراد، نمی توان از لئون گلدمن نام برد. او به عنوان "پدر" پزشکی لیزر شناخته می شود.
در حال حاضر یک سال پس از اختراع منبع پرتو منسجم، گلدمن اولین محققی بود که از آن برای درمان بیماری های پوستی استفاده کرد. تکنیکی که این دانشمند استفاده کرد، راه را برای توسعه بعدی لیزر درماتولوژی هموار کرد.
تحقیق او در اواسط دهه 1960 منجر به استفاده از ژنراتور کوانتومی یاقوت در جراحی شبکیه و اکتشافاتی مانند توانایی پرتوهای منسجم برای بریدن پوست و مهر و موم کردن رگ های خونی به طور همزمان و محدود کردن خونریزی شد.
گلدمن، متخصص پوست در دانشگاه سینسیناتی در بیشتر دوران حرفه ای خود، انجمن آمریکایی لیزر در پزشکی و جراحی را تأسیس کرد و به ایجاد پایه ای برای ایمنی لیزر کمک کرد. درگذشت 1997
کوچک سازی
اولین ژنراتورهای کوانتومی ۲ میکرونی به اندازه یک بستر دوتایی بودند و با نیتروژن مایع خنک می شدند. امروزه لیزرهای دایود به اندازه کف دست و حتی لیزرهای فیبر کوچکتر ظاهر شده اند. این تغییرات راه را برای برنامه ها و پیشرفت های جدید هموار می کند. داروی آینده لیزرهای کوچکی برای جراحی مغز خواهد داشت.
به دلیل پیشرفت تکنولوژی، کاهش مداوم هزینه ها وجود دارد. همانطور که لیزر در لوازم خانگی رایج شده است، آنها شروع به ایفای نقش کلیدی در تجهیزات بیمارستانی کرده اند.
اگر لیزرهای قبلی در پزشکی بسیار بزرگ وپیچیده، تولید امروزی از فیبر نوری به طور قابل توجهی هزینه را کاهش داده است و انتقال به مقیاس نانو باعث کاهش بیشتر هزینه ها می شود.
کاربردهای دیگر
متخصصان اورولوژی می توانند تنگی مجرای ادرار، زگیل های خوش خیم، سنگ های ادراری، انقباض مثانه و بزرگ شدن پروستات را با لیزر درمان کنند.
استفاده از لیزر در پزشکی به جراحان مغز و اعصاب این امکان را می دهد که برش های دقیق و معاینات آندوسکوپی مغز و نخاع ایجاد کنند.
دامپزشکان از لیزر برای روش‌های آندوسکوپی، انعقاد تومور، برش‌ها و درمان فوتودینامیک استفاده می‌کنند.
دندانپزشکان از پرتوهای منسجم برای ایجاد سوراخ، جراحی لثه، روش های ضد باکتریایی، حساسیت زدایی دندان و تشخیص دهان و صورت استفاده می کنند.
موچین لیزری
محققان زیست پزشکی در سراسر جهان از موچین های نوری، مرتب کننده سلول و بسیاری از ابزارهای دیگر استفاده می کنند. موچین لیزری نوید تشخیص بهتر و سریع‌تر سرطان را می‌دهد و برای جذب ویروس‌ها، باکتری‌ها، ذرات فلزی کوچک و رشته‌های DNA استفاده شده است.
در موچین های نوری، پرتویی از تشعشعات منسجم برای نگه داشتن و چرخاندن اجسام میکروسکوپی استفاده می شود، مشابه روشی که موچین های فلزی یا پلاستیکی می توانند اجسام کوچک و شکننده را بگیرند. تک تک مولکول ها را می توان با چسباندن آنها به اسلایدهای اندازه میکرون یا مهره های پلی استایرن دستکاری کرد. وقتی پرتو به توپ برخورد می کند، آن راخمیدگی دارد و ضربه کمی دارد و توپ را مستقیماً به مرکز تیر می‌زند.
این یک "تله نوری" ایجاد می کند که می تواند یک ذره کوچک را در یک پرتو نور به دام بیندازد.
لیزر در پزشکی: مزایا و معایب
انرژی تابش منسجم، که شدت آن قابل تعدیل است، برای بریدن، تخریب یا تغییر ساختار سلولی یا خارج سلولی بافت های بیولوژیکی استفاده می شود. علاوه بر این، استفاده از لیزر در پزشکی، به طور خلاصه، خطر عفونت را کاهش می دهد و باعث تحریک التیام می شود. استفاده از ژنراتورهای کوانتومی در جراحی دقت تشریح را افزایش می دهد، اما برای زنان باردار خطرناک است و منع مصرف داروهای حساس کننده به نور دارد.
ساختار پیچیده بافت ها اجازه تفسیر روشنی از نتایج تحلیل های بیولوژیکی کلاسیک را نمی دهد. لیزر در پزشکی (عکس) ابزاری موثر برای از بین بردن سلول های سرطانی است. با این حال، منابع قدرتمند تشعشعات منسجم به طور بی رویه عمل می کنند و نه تنها آسیب دیده، بلکه بافت های اطراف را نیز تخریب می کنند. این خاصیت ابزار مهمی در تکنیک microdissection است که برای انجام آنالیز مولکولی در محل مورد نظر با توانایی تخریب انتخابی سلول های اضافی استفاده می شود. هدف این فناوری غلبه بر ناهمگونی موجود در تمام بافت‌های بیولوژیکی به منظور تسهیل مطالعه آنها در یک جمعیت کاملاً مشخص است. از این نظر، میکرودیسکشن لیزری سهم قابل توجهی در توسعه تحقیقات و درک داشته استمکانیسم های فیزیولوژیکی که امروزه می توان به وضوح در سطح یک جمعیت و حتی یک سلول نشان داد.
کارکرد مهندسی بافت امروزه به یک عامل اصلی در توسعه زیست شناسی تبدیل شده است. اگر الیاف اکتین در حین تقسیم بریده شوند چه اتفاقی می افتد؟ آیا جنین مگس سرکه در صورت از بین رفتن سلول در حین تا شدن، پایدار خواهد بود؟ در ناحیه مریستم گیاه چه پارامترهایی دخیل است؟ همه این مسائل را می توان با لیزر حل کرد.
نانوپزشکی
اخیراً، بسیاری از نانوساختارها با خواص مناسب برای طیف وسیعی از کاربردهای بیولوژیکی ظاهر شده اند. مهمترین آنها عبارتند از:
- دات کوانتومی ذرات ریز ساطع کننده نور به اندازه نانومتر هستند که در تصویربرداری سلولی بسیار حساس استفاده می‌شوند؛
- نانوذرات مغناطیسی که در عمل پزشکی کاربرد پیدا کرده اند؛
- ذرات پلیمری برای مولکول های درمانی محصور شده؛
- نانوذرات فلزی.
به طور خلاصه، توسعه فناوری نانو و استفاده از لیزر در پزشکی، روش تجویز داروها را متحول کرده است. سوسپانسیون‌های نانوذرات حاوی دارو می‌توانند با تأثیر انتخابی بر بافت‌ها و سلول‌های آسیب‌دیده، شاخص درمانی بسیاری از ترکیبات (افزایش حلالیت و اثربخشی، کاهش سمیت) را افزایش دهند. آنها ماده فعال را تحویل می دهند و همچنین آزادسازی ماده فعال را در پاسخ به تحریک خارجی تنظیم می کنند. Nanotheranostics فراتر استیک رویکرد تجربی که امکان استفاده دوگانه از نانوذرات، ترکیب دارویی، درمان و ابزارهای تصویربرداری تشخیصی را فراهم می‌کند و راه را برای درمان شخصی باز می‌کند.
استفاده از لیزر در پزشکی و زیست شناسی برای میکرودیسکشن و فوتوابلیشن درک مکانیسم های فیزیولوژیکی توسعه بیماری در سطوح مختلف را ممکن ساخت. نتایج به تعیین بهترین روش های تشخیص و درمان برای هر بیمار کمک می کند. توسعه فناوری نانو در ارتباط نزدیک با پیشرفت در تصویربرداری نیز ضروری خواهد بود. نانوپزشکی یک شکل نویدبخش درمانی برای برخی سرطان‌ها، بیماری‌های عفونی یا تشخیص است.
