Lāzeri plastiskā ķirurģijā

Pagājušā gadsimta sākumā izdevumā ar virsrakstu "Kvantu starojuma teorija" Einšteins teorētiski pamatoja procesus, kas jāveic tad, kad lāzers izstaro enerģiju. 1919. Gadā Maimans uzcēla pirmo lāzeru. Kopš tā laika strauji attīstījusies lāzertehnoloģija, radot dažādus lāzerus, kas aptver visu elektromagnētisko spektru. Tad tie apvienojās ar citām tehnoloģijām, tostarp vizualizācijas sistēmām, robotika un datoriem, lai uzlabotu lāzera starojuma pārraides precizitāti. Sadarbības rezultātā fizikas un bioinženierijas jomā medicīniskie lāzeri kā terapeitiskie līdzekļi ir kļuvuši par nozīmīgu daļu no ķirurgu arsenāla. Sākotnēji tie bija apgrūtinoši un tos izmantoja tikai ķirurgi, kas bija īpaši apmācīti lāzera fizikā. Pēdējo 15 gadu laikā medicīnisko lāzera dizains ir uzlabojies lietošanas ērtuma virzienā, un daudzi ķirurgi ir apguvuši psiholoģijas lāzera fizikas pamatus pēcdiploma izglītībā.

Šajā rakstā aplūkotas: lāzera biofizika; audu mijiedarbība ar lāzera starojumu; ierīces, kuras pašlaik izmanto plastmasas un rekonstrukcijas ķirurģijā; vispārējās drošības prasības darbam ar lāzeriem; jautājumi par turpmāku lāzera lietošanu, iejaucoties uz ādas.

Lāzera biofizika

Lāzeri izstaro gaismas enerģiju, kas pārvietojas viļņu veidā, kas līdzinās parastajai gaismai. Viļņa garums ir attālums starp diviem blakus esošiem viļņu augstumiem. Amplitūdija ir maksimālā lieluma lielums, kas nosaka gaismas starojuma intensitāti. Gaismas viļņu biežums vai periods ir laiks, kas nepieciešams vienam pilnas viļņu ciklam. Lai saprastu lāzera efektu, ir svarīgi apsvērt kvantu mehāniku. Termins "lāzeris" (LASER) ir saīsinājums no frāzes "gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju". Ja fotons, gaismas enerģijas vienība, saskaras ar atomu, tas pārnes vienu no atoma elektroniem uz augstāku enerģijas līmeni. Atoms šādā ierosinātā stāvoklī kļūst nestabils un atkal atbrīvo fotonu, kad elektrons nokļūst sākotnējā, zemākā enerģijas līmenī. Šis process ir pazīstams kā spontāna emisija. Ja atoms atrodas augsta enerģētiskā stāvoklī un saskaras ar citu fotonu, pārejot uz zemu enerģijas līmeni, tas sadalīs divus fotonus, kuriem ir viens viļņu garums, virziens un fāze. Šis process, ko sauc par stimulētu starojuma emisiju, ir pamats izpratnei par lāzera fiziku.

Neatkarīgi no tipa visiem lāzeriem ir četras galvenās sastāvdaļas: aizraujošs mehānisms vai enerģijas avots, lāzera vide, optiskais dobums vai rezonators un izmešanas sistēma. Lielākajai daļai medicīnas lāzeru, ko lieto sejas plastiskā ķirurģijā, ir elektriskās ierosmes mehānisms. Daži lāzeri (piemēram, krāsu lāzeris, ko sauc par zibspuldzes lukturi) kā ierosināšanas mehānisms izmanto gaismu. Citi var izmantot augstas enerģijas radioviļņus vai ķīmiskās reakcijas, lai radītu enerģiju, kas rada ierosmes. Aizsējas mehānisms sūkļ enerģiju rezonējošā kamerā, kurā ir lāzera vide, kas var būt ciets, šķidrs, gāzveida vai pusvadītāju materiāls. Enerģija, kas izlādējusies rezonatora dobumā, paaugstina lāzera vides atomu elektronus līdz augstāka enerģijas līmenim. Kad puse no rezonatora atoma sasniegtu lielu ierosmi, notiek iedzīvotāju inversija. Spontāna emisija sākas, kad fotoni tiek izstaroti visos virzienos, un daži no tiem saskaras ar jau uzbāztiem atomiem, kas izraisa stimulētu pāra fotonu emisiju. Stimulētās emisijas amplifikācija rodas, jo fotoni, kas pārvietojas pa asi starp spoguļiem, atspoguļojas galvenokārt uz priekšu un atpakaļ. Tas noved pie secīgas stimulācijas, jo šie fotoni saduras ar citiem satrauktiem atomiem. Vienam spogulim ir 100% atspoguļojums, bet otrs - daļēji izplata enerģiju no dobuma kameras. Šī enerģija bioloģiskajos audos tiek pārvietota ar izmešanas sistēmu. Lielākajā daļā lāzera tā ir optiskās šķiedras. Nozīmīgs izņēmums ir C02 lāzeris, kuram ir spoguļu sistēma uz atvāžamā stieņa. C02 lāzers ir optiskās šķiedras, bet tās ierobežo vietas izmēru un izejas enerģiju.

Lāzera gaisma salīdzinājumā ar parasto gaismu ir daudz organizētāka un kvalitatīvāka. Tā kā lāzera vide ir homogēna, fotoniem, kas izstaro stimulētās emisijas, ir viens viļņu garums, kas rada vienkrāsainību. Parasti gaisma intensīvi izkliedē, jo tā kustās prom no avota. Lāzera gaisma ir kolimēta: tas izkliedē maz, nodrošinot pastāvīgu enerģijas intensitāti lielā attālumā. Lāzeru gaismas fotoni ne tikai pārvietojas vienā virzienā, tiem ir vienāda temporālā un telpiskā fāze. To sauc par saskanību. Monohromatiskuma, kolimācijas un sakarības īpašības atšķir lāzera gaismu no parastās gaismas traucētās enerģijas.

Lazeru un audu mijiedarbība

Lāzera efektu spektrs bioloģiskajos audos ir no bioloģisko funkciju modulācijas līdz iztvaikošanai. Lielākā daļa klīniski izmantoto lāzeru un audu mijiedarbību ietver termisku koagulāciju vai iztvaikošanu. Nākotnē lāzerus var izmantot nevis kā siltuma avotus, bet gan kā zondes šūnu funkciju kontrolei bez citotoksiskas iedarbības blakusparādībām.

Parastā lāzera ietekme uz audiem ir atkarīga no trim faktoriem: audu absorbcija, lāzera viļņa garums un lāzera enerģijas blīvums. Kad lāzera stars saskaras ar audiem, tā enerģija var absorbēt, atspoguļot, pārraidīt vai izkliedēt. Ar jebkuru mijiedarbību starp audu un lāzeru, visi četri procesi notiek dažādos pakāpēs, no kuriem vissvarīgākā ir absorbcija. Absorbcijas pakāpe ir atkarīga no hromofora satura audos. Hromofori ir vielas, kas efektīvi absorbē noteiktā garumā viļņus. Piemēram, CO2 lāzera enerģija absorbē organisma mīksto audu. Tas ir saistīts ar faktu, ka viļņa garums, kas atbilst C02, labi absorbē ūdens molekulas, kas veido līdz pat 80% mīksto audu. Savukārt kaulu CO2 absorbē C02 lāzers, kas ir saistīts ar zemu ūdens saturu kaulaudos. Sākumā, kad audi absorbē lāzera enerģiju, tās molekulas sāk vibrēt. Papildu enerģijas absorbcija izraisa denaturāciju, koagulāciju un, visbeidzot, olbaltumvielu iztvaikošanu (iztvaikošanu).

Ja lāzera enerģija tiek atspoguļota audos, tā nav bojāta, jo mainās starojuma virziens uz virsmas. Arī tad, ja lāzera enerģija iet caur virsmas audiem dziļā slānī, starpposma audi netiek ietekmēti. Ja lāzera staru izkliedējas audos, enerģija uz virsmas neuzsūcas, bet nejauši sadalās dziļajos slāņos.

Trešais faktors, kas saistīts ar audu mijiedarbību ar lāzeru, ir enerģijas blīvums. Kad lāzeris un audi mijiedarbojas, ja visi pārējie faktori ir nemainīgi, vietas vai ekspozīcijas laika maiņa var ietekmēt audu stāvokli. Ja lāzera starojuma vietas izmērs samazinās, spēks, kas iedarbojas uz zināmu audu tilpumu, palielinās. Savukārt, ja plankuma lielums palielinās, lāzera staru enerģijas blīvums samazinās. Lai mainītu vietas izmēru, varat koncentrēt, nofokusēt vai izkliedes sistēmu nofokusēt uz auduma. Ar staru prefokusēšanu un noklusēšanu spraugas izmērs ir lielāks nekā fokusētais staru kūlis, kā rezultātā tiek samazināts jaudas blīvums.

Vēl viens veids, kā mainīt audu efektus, ir lāzera enerģijas pulss. Visi impulsu režīmi starojumu intermitējošs laiks ieslēgšanas un izslēgšanas. Tā kā enerģija nesasniedz audus izslēgšanas periodos, ir iespējams izdalīt siltumu. Ja slēgšanas periodi ir garāki par mērķa audu termiskās relaksācijas laiku, siltuma vadītspēja samazinās apkārtējo audu bojājuma iespējamību. Termiskās relaksācijas laiks ir laiks, kas vajadzīgs, lai izkliedētu pusi no objekta siltuma. Aktīvās atstarpes ilguma attiecība pret aktīvo un pasīvo pulsācijas intervālu summu sauc par darba ciklu.

Darbības cikls = ieslēgts / izslēgts un izslēgts

Ir dažādi impulsu režīmi. Enerģiju var ražot partijās, nosakot periodu, kad lāzer izstaro (piemēram, OD c). Enerģija var pārklāties, ja noteiktos laika intervālos ar mehānisku aizvaru tiek bloķēts nemainīgs vilnis. Super impulsa režīmā enerģija netiek vienkārši bloķēta, bet tiek saglabāta lāzera enerģijas avotā slēgšanas perioda laikā, un pēc tam izstumta laika periodā. Tas nozīmē, ka maksimālā enerģija superpulles režīmā ir ievērojami augstāka nekā pastāvīgajā vai pārklāšanās režīmā.

Lāzē, kas ģenerē milzīgo impulsa režīmu, enerģija tiek saglabāta arī izslēgšanas periodā, bet gan lāzera vidē. To panāk, izmantojot amortizatora mehānismu starp diviem spoguļiem. Aizvērts aizbāznis novērš lāzera ģenerēšanu, bet ļauj uzglabāt enerģiju katrā atloka pusē. Kad atvērums ir atvērts, spoguļi mijiedarbojas, izraisot augstas enerģijas lāzera staru veidošanos. Milzīgas impulsa režīmā ģenerējošā lāzera maksimālā enerģija ir ļoti augsta ar īsu darbības ciklu. Lāzers ar sinhroniem režīmiem ir līdzīgs lāzers, kas ģenerē milzīgo impulsa režīmu, jo starp diviem spoguļiem starp amortizatora kameru ir paredzēts amortizators. Lāzers ar sinhroniem režīmiem atver un aizveras tā amortizatoru sinhronizācijā ar laiku, kas nepieciešams, lai atspoguļotu gaismu starp diviem spoguļiem.

Lāzera raksturojums

• Oglekļa dioksīda lāzers

Oglekļa dioksīda lāzers visbiežāk tiek izmantots otorinolaringoloģijā / galvas un kakla ķirurģijā. Viņas viļņa garums ir 10,6 nm - elektromagnētiskā starojuma spektra tālu infrasarkanā reģiona neredzams vilnis. Lai ķirurgs varētu redzēt ietekmes zonu, ir vajadzīgi norādījumi par helium-neona lāzera staru. Lāzera vidē ir C02. Tās viļņu garums labi absorbē ūdens molekulas audos. Ietekme ir virspusēja, pateicoties lielai absorbcijai un minimālai izkliedei. Radiāciju var pārsūtīt tikai ar spoguļiem un īpašām lēcām, kas novietotas uz atzveltnes. Kranka stieni var piestiprināt pie mikroskopa, lai precīzi darbotos ar palielinājumu. Enerģiju var izstumt arī, izmantojot fokusēšanas rokturi, kas piestiprināts viru bāriem.

• Nd: YAG lāzers

Nd: YAG (Itrija-alumīnija granāta ar neodīma) lāzera viļņa garums ir 1064 nm, tas ir, tas atrodas tuvu infrasarkanajā reģionā. Tas ir neredzams cilvēka acs un nepieciešams slēpīgs hēlija-neona lāzera stars. Lāzera vide ir itrija-alumīnija granāts ar neodīmu. Lielākā daļa ķermeņa audu labi absorbē šo viļņu garumu. Tomēr pigmenti audi to absorbē labāk nekā nepiederoša viela. Enerģija tiek pārnesta caur vairāku audu virsmas slāņiem un izkliedējas dziļos slāņos.

Salīdzinot ar oglekļa dioksīda lāzeru, Nd: YAG izkliedēšana ir daudz lielāka. Tāpēc iespiešanās dziļums ir lielāks un Nd: YAG ir piemērots dziļi guļošu trauku koagulācijai. Eksperimentā maksimālais koagulācijas dziļums ir aptuveni 3 mm (koagulācijas temperatūra +60 ° C). Ir ziņots par labiem dziļo periorālo kapilāru un kaļķakmens formu ārstēšanas rezultātiem ar Nd: YAG lāzera palīdzību. Ir arī ziņojums par sekmīgu lāzeru fotokoagulāciju ar hemangiomām, limfangiomām un arteriovenozām iedzimtām formācijām. Tomēr lielāks penetrācijas dziļums un izkliedētā iznīcināšana veicina postoperācijas rētu palielināšanos. Klīniski tas tiek samazināts, izmantojot drošus barošanas iestatījumus, uzliesmojuma punktu pieeju un ādas zonu izvairīšanos. Praksē tumši sarkanā Nd: YAG lāzera lietošana tika praktiski aizstāta ar lāzeriem ar viļņu garumu, kas atrodas spektra dzeltenajā daļā. Tomēr to izmanto kā palīglāzi tumši sarkanas krāsas mezglu veidošanai (porta krāsa).

Ir pierādīts, ka Nd: YAG lāzers inhibē kolagēna ražošanu gan fibroblastu kultūrā, gan normālā ādā in vivo. Tas liecina par šī lāzera panākumiem hipertrofisko rētu un keloīdu ārstēšanā. Bet klīniski atkārtojuma biežums pēc keloīdiem ir augsts, neraugoties uz spēcīgu papildu vietējo ārstēšanu ar steroīdiem.

• Sazinieties ar Nd: YAG lāzeru

Nd: YAG lāzera izmantošana kontakta režīmā ievērojami maina starojuma fizikālās īpašības un absorbciju. Kontaktpunkts sastāv no safīra vai kvarca kristāla, kas tieši piestiprināts pie lāzera šķiedras gala. Kontakta galamērķis tieši mijiedarbojas ar ādu un darbojas kā termiskais skalpelis, vienlaikus samazinot un sakošļājoties. Pastāv ziņojumi par kontakta galu lietošanu ar plašu klātbūtni mīkstajos audos. Šie pielietojumi ir tuvāk elektrokoagulācijai nekā bezkontakta Nd: YAG. Būtībā ķirurgi tagad izmanto lāzera specifiskos viļņu garumus, nevis audu griešanai, bet galu apsildīšanai. Tādēļ šeit nav piemērojami lāzera un audu mijiedarbības principi. Saskares lāzera reakcijas laiks nav tik tieša funkcija kā tad, ja tiek izmantota brīva šķiedra, tādēļ ir sildīšanas un dzesēšanas laika periods. Tomēr ar pieredzi šis lāzers kļūst ērtāks ādas un muskuļu potzaru piešķiršanai.

• Argona lāzers

Argona lāzeris izstaro redzamus viļņus, kuru garums ir 488-514 nm. Pateicoties dobuma kameras konstrukcijai un lāzera vides molekulārajai struktūrai, šis lāzera veids rada garu viļņu garumu. Atsevišķiem modeļiem var būt filtrs, kas ierobežo starojumu ar vienu viļņa garumu. Argona lāzera enerģija labi uzsūc hemoglobīns, un tā dispersija ir starpā starp oglekļa dioksīdu un Nd: YAG lāzeru. Argon lāzera radiācijas sistēma ir optiskās šķiedras nesējs. Ņemot vērā hemoglobīna lielo uzsūkšanos, ādas vaskulārās neoplazmas absorbē arī lāzera enerģiju.

• KTP lāzers

KTP (kālija titanilfosfāta) lāzers ir Nd: YAG lāzers, kura biežums ir divkāršots (viļņa garums ir uz pusi), pārsniedzot lāzera enerģiju caur KT kristālu. Tas dod zaļo gaismu (viļņu garums 532 nm), kas atbilst hemoglobīna absorbcijas pīķam. Tā iekļūšana audos un izkliedēšana ir līdzīga kā argona lāzers. Lāzeru enerģija tiek pārnesta ar šķiedrvielām. Bezkontakta režīmā lāzer iztvaiko un sakrājas. Puskontakta režīmā šķiedras gala tikko pieskaras audumam un kļūst par griezējinstrumentu. Jo vairāk enerģijas tiek izmantots, jo vairāk lāzeru darbojas kā siltuma nazi, līdzīgi kā oglekļa skābes lāzers. Iekārtās ar zemāku enerģiju galvenokārt izmanto koagulāciju.

• Krāsu lāzeris, kas sajūtams ar zibspuldzi

Zibspuldzes izraisītais krāsu lāzeris bija pirmais medicīniskais lāzeris, kas speciāli izstrādāts, lai ārstētu ādas labdabīgas vaskulārās neoplazmas. Tas ir redzams gaismas lāzers ar viļņa garumu 585 nm. Šis viļņa garums sakrīt ar oksighemoglobīna absorbcijas trešo pusi, tāpēc šī lāzera enerģija pārsvarā absorbē hemoglobīns. 577-585 nm diapazonā ir arī mazāk absorbcijas ar konkurējošiem hromofriem, piemēram, melanīnu, un mazāku lāzera enerģijas izkliedi dermā un epidermā. Lāzera vide ir krāsviela rodamīns, kuru optiski ierosina zibspuldze, un radiācijas sistēma ir optiskās šķiedras nesējs. Krāsu lāzera galam ir nomaināma lēcu sistēma, kas ļauj izveidot plankuma izmēru 3, 5, 7 vai 10 mm. Lāzers pulsē ar 450 ms periodu. Šis pulsācijas indekss tika izvēlēts, pamatojoties uz ādas labdabīgu asinsvadu audzēju izraisītu ektakta trauku termisko relaksācijas laiku.

• Vara tvaika lāzers

Vara tvaiku lāzers rada redzamu starojumu, kam ir divi atsevišķi viļņu garumi: zibens viļņojums 512 nm garumā un pulsa dzeltens viļņojums 578 nm garumā. Lāzera viela ir vara, kas tiek elektriski sajūta (iztvaicēta). Šķiedru-šķiedru sistēma pārnes enerģiju uz galu, kuras mainīgais plankuma lielums ir 150-1000 μm. Ekspozīcijas laiks svārstās no 0,075 s līdz konstantai. Laiks starp impulsiem svārstās no 0,1 s līdz 0,8 s. Dzeltenā vara tvaika lāzera gaisma tiek izmantota, lai ārstētu labdabīgu asinsvadu bojājumus uz sejas. Zaļo viļņu var izmantot, lai ārstētu šādus pigmentētus veidojumus kā vasaraugus, lentigo, nevi un keratozi.

• Neuzliesmojoša dzeltenā krāsu lāzeru

Dzeltenā krāsu lāzeru ar nepiespiestu vilni ir redzams gaismas lāzers, kas ražo dzeltenu gaismu ar viļņa garumu 577 nm. Tāpat kā lāzera uz krāsas, kas ir satraukti ar zibspuldzi, to noregulē, mainot krāsu lāzera aktivizācijas kamerā. Krāsviela ir satraukta ar argona lāzeru. Šī lāzera izvadīšanas sistēma ir arī optiskās šķiedras kabelis, kas var būt vērsts uz dažādu izmēru vietas. Lāzera gaisma var pulsēt, izmantojot optisko šķiedru sistēmas galu, piestiprinot mehānisku slēģi vai Hexascanner galu. Hexascaneris nejauši virza lāzera enerģijas impulsus sešstūra kontūras iekšienē. Tāpat kā krāsvielu lāzers, ko sauc par zibspuldzes lampu, un vara tvaika lāzers, dzeltenā krāsu lāzeris ar nekaitīgu viļņu ideāli piemērots labdabīgiem asinsvadu bojājumiem uz sejas.

• Erbija lāzers

Erbijs: UAS lāzers izmanto absorbcijas spektra joslu ar 3000 nm ūdens. Tās viļņu garums 2940 nm atbilst šim maksimumam un stipri absorbē audu ūdens (apmēram 12 reizes lielāks nekā oglekļa dioksīda lāzers). Šis lāzers, kas izstaro gandrīz infrasarkano staru spektru, ir neredzams acīm un jāizmanto ar redzamu virzošo staru. Lāzers tiek sūknēts ar zibspuldzi un izstaro makro-impulsus no 200-300 μs ilguma, kas sastāv no virknes mikropulse. Šie lāzeri tiek izmantoti ar viru, kas piestiprināts viru bāriem. Sistēmā var arī integrēt skenēšanas ierīci, lai ātrāk un vienmērīgāk izņemtu audus.

• Rubīns lāzers

Rubīna lāzers - lāzera sūknis ar impulsu, kas izstaro gaismu ar viļņa garumu 694 nm. Šis lāzers, kas atrodas spektra sarkanajā zonā, ir redzams ar aci. Tam var būt lāzera aizvara, lai radītu īsus impulsus un panāktu dziļāku iespiešanos audos (dziļāk par 1 mm). Garo impulsu rubīns lāzers tiek izmantots, lai vēlams sildīt matu folikulu laikā lāzera epilāciju. Šis lāzera starojums tiek pārraidīts, izmantojot spoguļus un viras viras sistēmu. Tas ir vāji uzsūcas ar ūdeni, bet spēcīgi uzsūc melanīns. Dažādi tetovējumiem izmantotie pigmenti absorbē arī starus ar viļņa garumu 694 nm.

• Aleksandrīta lāzers

Aleksandrīta lāzers, cietā stāvoklī esošais lāzeris, kuru var uzlādēt ar zibspuldzi, ir viļņa garums 755 nm. Šis viļņa garums, kas atrodas spektra sarkanajā daļā, acīm nav redzams un tāpēc ir nepieciešams vadošais staru kūlis. Tas ir absorbēts zilā un melnā krāsā tetovējumiem, kā arī melanīnam, bet ne hemoglobīnam. Tas ir salīdzinoši kompakts lāzeris, kas var pārraidīt starojumu pa elastīgu šķiedru. Lāzeris iesūcas samērā dziļi, tāpēc ir ērti noņemt mati un tetovējumus. Vietas izmērs ir 7 un 12 mm.

• Diodes lāzers

Nesen diodes no supravadītājiem tika tieši savienoti ar optiskās šķiedras ierīcēm, kas izraisīja lāzera starojuma izstarošanu ar dažādiem viļņu garumiem (atkarībā no izmantoto materiālu īpašībām). Diodes lāzeri atšķiras pēc to veiktspējas. Tie var nodot ienākošo elektroenerģiju gaismā ar 50% efektivitāti. Šī efektivitāte, kas saistīta ar mazāk siltuma ražošanu un ieejas jaudu, ļauj kompaktdioda lāzeriem, kuriem nav lielu dzesēšanas sistēmu, projektēt. Gaisma tiek pārraidīta optisko šķiedru veidā.

• Filtrēta impulsa lampiņa

Filtrētā impulsa lampiņa, ko izmanto matu noņemšanai, nav lāzeris. Gluži pretēji, tas ir intensīvs, neskaidrs impulsu spektrs. Gaismas emisijai ar viļņa garumu 590-1200 nm sistēma izmanto kristāla filtru. Pulles platums un integrālais blīvums, arī mainīgs, atbilst selektīvās fototeremolīzes kritērijiem, kas nostāda šo ierīci paralēli matu noņemšanai.

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