I løbet af det sidste halve århundrede er lasere blevet brugt inden for oftalmologi, onkologi, plastikkirurgi og mange andre områder inden for medicin og biomedicinsk forskning.
Muligheden for at bruge lys til at behandle sygdomme har været kendt i tusinder af år. De gamle grækere og egyptere brugte solstråling i terapi, og de to ideer blev endda forbundet i mytologien – den græske gud Apollon var solens og helbredelsens gud.
Det var først efter opfindelsen af den sammenhængende strålingskilde for mere end 50 år siden, at potentialet ved at bruge lys i medicin virkelig blev afsløret.
På grund af deres særlige egenskaber er lasere meget mere effektive end stråling fra solen eller andre kilder. Hver kvantegenerator arbejder i et meget snævert bølgelængdeområde og udsender sammenhængende lys. Også lasere i medicin giver dig mulighed for at skabe høje kræfter. Energistrålen kan koncentreres i et meget lille punkt, på grund af hvilket dens høje tæthed opnås. Disse egenskaber har ført til, at lasere i dag bruges inden for mange områder inden for medicinsk diagnostik, terapi og kirurgi.
Hud- og øjenbehandling
Brugen af lasere i medicin begyndte med oftalmologi og dermatologi. KvanteGeneratoren blev åbnet i 1960. Og et år senere demonstrerede Leon Goldman, hvordan den rubinrøde laser kunne bruges i medicin til at fjerne kapillær dysplasi, en form for modermærke, og melanom.
Denne applikation er baseret på sammenhængende strålingskilders evne til at fungere ved en bestemt bølgelængde. Sammenhængende strålingskilder er nu meget brugt til at fjerne tumorer, tatoveringer, hår og modermærker.
Lasere af forskellige typer og bølgelængder bruges i dermatologi, på grund af forskellige typer læsioner, der kureres, og det vigtigste absorberende stof inde i dem. Bølgelængden afhænger også af patientens hudtype.
I dag kan man ikke praktisere dermatologi eller oftalmologi uden at have lasere, da de er blevet de vigtigste værktøjer til behandling af patienter. Brugen af kvantegeneratorer til synskorrektion og en bred vifte af oftalmiske applikationer voksede, efter at Charles Campbell blev den første læge til at bruge en rød laser i medicin i 1961 til at behandle en patient med nethindeløsning.
Senere, til dette formål, begyndte øjenlæger at bruge argonkilder til sammenhængende stråling i den grønne del af spektret. Her blev øjets egenskaber, især dets linse, brugt til at fokusere strålen i området med nethindeløsning. Enhedens meget koncentrerede kraft svejser hende bogstaveligt t alt.
Patienter med nogle former for makuladegeneration kan drage fordel af laserkirurgi – laserfotokoagulation og fotodynamisk terapi. I den første procedure, strålen af sammenhængendestråling bruges til at forsegle blodkar og bremse deres patologiske vækst under makula.
Lignende undersøgelser blev udført i 1940'erne med sollys, men læger havde brug for de unikke egenskaber ved kvantegeneratorer for at fuldføre dem med succes. Den næste brug af argonlaseren var at stoppe indre blødninger. Selektiv absorption af grønt lys af hæmoglobin, et pigment i røde blodlegemer, er blevet brugt til at blokere blødende blodkar. For at behandle kræft ødelægger de blodkarrene, der kommer ind i tumoren og forsyner den med næringsstoffer.
Dette kan ikke opnås ved brug af sollys. Medicin er meget konservativ, som den burde være, men kilder til sammenhængende stråling har vundet accept på forskellige områder. Lasere i medicin har erstattet mange traditionelle instrumenter.
Oftalmologi og dermatologi har også nydt godt af excimer-kilder til sammenhængende UV-stråling. De er blevet meget brugt til omformning af hornhinden (LASIK) til synskorrektion. Lasere i æstetisk medicin bruges til at fjerne pletter og rynker.
Lønsom kosmetisk kirurgi
Sådanne teknologiske udviklinger er uundgåeligt populære blandt kommercielle investorer, da de har et enormt potentiale for profit. Den analytiske virksomhed Medtech Insight anslog i 2011 størrelsen af markedet for laserskønhedsudstyr til mere end 1 milliard amerikanske dollars. Faktisk på trods affaldende samlet efterspørgsel efter medicinske systemer under den globale afmatning, kvantegenerator-baserede kosmetiske operationer nyder fortsat stor efterspørgsel i USA, det dominerende marked for lasersystemer.
Visualisering og diagnostik
Lasere i medicin spiller en vigtig rolle i den tidlige opdagelse af kræft såvel som mange andre sygdomme. For eksempel i Tel Aviv blev en gruppe videnskabsmænd interesseret i IR-spektroskopi ved hjælp af infrarøde kilder til sammenhængende stråling. Årsagen til dette er, at kræft og sundt væv kan have forskellig infrarød permeabilitet. En af de lovende anvendelser af denne metode er påvisning af melanomer. Ved hudkræft er tidlig diagnose meget vigtig for patientens overlevelse. I øjeblikket udføres melanomdetektion med øjet, så det er fortsat at stole på lægens dygtighed.
I Israel kan hver person gå til en gratis melanomscreening en gang om året. For et par år siden blev der udført undersøgelser i et af de store medicinske centre, som et resultat af hvilke det blev muligt tydeligt at observere forskellen i det infrarøde område mellem potentielle, men ikke farlige tegn, og ægte melanom.
Katzir, arrangøren af den første SPIE-konference om biomedicinsk optik i 1984, og hans gruppe i Tel Aviv udviklede også optiske fibre, der er gennemsigtige for infrarøde bølgelængder, hvilket gør det muligt at udvide metoden til intern diagnostik. Derudover kan det være et hurtigt og smertefrit alternativ til en cervikal udstrygninggynækologi.
Blå halvlederlaser i medicin har fundet anvendelse i fluorescensdiagnostik.
Systemer baseret på kvantegeneratorer begynder også at erstatte røntgenstråler, som traditionelt har været brugt i mammografi. Røntgenbilleder stiller læger for et vanskeligt dilemma: de har brug for høj intensitet for pålideligt at opdage kræftformer, men selve stigningen i stråling øger risikoen for kræft. Som et alternativ undersøges muligheden for at bruge meget hurtige laserimpulser til at afbilde brystet og andre dele af kroppen, såsom hjernen.
OCT for øjne og mere
Lasere i biologi og medicin er blevet brugt i optisk kohærenstomografi (OCT), hvilket har forårsaget en bølge af entusiasme. Denne billeddannelsesteknik bruger egenskaberne fra en kvantegenerator og kan give meget klare (i størrelsesordenen en mikron), tværsnits- og tredimensionelle billeder af biologisk væv i re altid. OCT bruges allerede i oftalmologien, og kan for eksempel give en øjenlæge mulighed for at se et tværsnit af hornhinden for at diagnosticere nethindesygdomme og glaukom. I dag begynder teknikken også at blive brugt på andre områder af medicinen.
Et af de største felter, der dukker op fra OLT, er fiberoptisk billeddannelse af arterierne. Optisk kohærenstomografi kan bruges til at evaluere en sprængt ustabil plak.
Mikroskopi af levende organismer
Lasere inden for videnskab, teknologi, medicin spiller ogsåen nøglerolle i mange typer mikroskopi. Der er foretaget en lang række udviklinger på dette område, hvis formål er at visualisere, hvad der sker inde i patientens krop uden brug af en skalpel.
Den sværeste del ved at fjerne kræft er behovet for konstant at bruge et mikroskop, så kirurgen kan sikre sig, at alt er gjort korrekt. Evnen til at lave mikroskopi i re altid og i re altid er et betydeligt fremskridt.
En ny anvendelse af lasere i teknik og medicin er nærfeltsscanning af optisk mikroskopi, som kan producere billeder med en opløsning, der er meget højere end standardmikroskoper. Denne metode er baseret på optiske fibre med indhak i enderne, hvis dimensioner er mindre end lysets bølgelængde. Dette muliggjorde subbølgelængdebilleddannelse og lagde grundlaget for billeddannelse af biologiske celler. Brugen af denne teknologi i IR-lasere vil give en bedre forståelse af Alzheimers sygdom, kræft og andre ændringer i celler.
PDT og andre behandlinger
Udviklingen inden for optiske fibre hjælper med at udvide mulighederne for at bruge lasere på andre områder. Ud over at de tillader diagnostik inde i kroppen, kan energien fra sammenhængende stråling overføres derhen, hvor den er nødvendig. Det kan bruges i behandling. Fiberlasere bliver meget mere avancerede. De vil radik alt ændre fremtidens medicin.
Fagområde for fotomedicin, der bruger lysfølsomt kemikaliestoffer, der interagerer med kroppen på en bestemt måde, kan bruge kvantegeneratorer til både at diagnosticere og behandle patienter. I fotodynamisk terapi (PDT), for eksempel, kan en laser og et lysfølsomt lægemiddel genoprette synet hos patienter med den "våde" form for aldersrelateret makuladegeneration, den hyppigste årsag til blindhed hos personer over 50 år.
I onkologi akkumuleres visse porphyriner i cancerceller og fluorescerer, når de belyses ved en bestemt bølgelængde, hvilket indikerer tumorens placering. Hvis de samme forbindelser derefter belyses med en anden bølgelængde, bliver de giftige og dræber beskadigede celler.
Den røde gas helium-neon laser bruges i medicin til behandling af osteoporose, psoriasis, trofiske sår osv., da denne frekvens absorberes godt af hæmoglobin og enzymer. Stråling bremser inflammation, forhindrer hyperæmi og hævelse og forbedrer blodcirkulationen.
Personlig behandling
Genetik og epigenetik er to andre områder, hvor lasere kan bruges.
I fremtiden vil alt ske på nanoskalaen, hvilket vil give os mulighed for at lave medicin i cellens skala. Lasere, der kan generere femtosekund-impulser og indstille sig på specifikke bølgelængder, er ideelle partnere for læger.
Dette åbner døren til personlig behandling baseret på patientens individuelle genom.
Leon Goldman - grundlæggerenlasermedicin
Når man taler om brugen af kvantegeneratorer til behandling af mennesker, kan man ikke undlade at nævne Leon Goldman. Han er kendt som lasermedicinens "fader".
Allerede et år efter at have opfundet den sammenhængende strålingskilde, blev Goldman den første forsker, der brugte den til at behandle hudsygdomme. Teknikken, som videnskabsmanden brugte, banede vejen for den efterfølgende udvikling af laserdermatologi.
Hans forskning i midten af 1960'erne førte til brugen af rubin-kvantegeneratoren i nethindekirurgi og opdagelser såsom evnen af sammenhængende stråling til samtidig at skære hud og forsegle blodkar, hvilket begrænser blødning.
Goldman, en dermatolog ved University of Cincinnati i det meste af sin karriere, grundlagde American Society for Lasers in Medicine and Surgery og hjalp med at lægge grundlaget for lasersikkerhed. Død 1997
Miniaturisering
De første 2-mikron kvantegeneratorer var på størrelse med en dobbeltseng og blev afkølet med flydende nitrogen. I dag er der opstået diodelasere i håndfladestørrelse og endnu mindre fiberlasere. Disse ændringer baner vejen for nye applikationer og udviklinger. Fremtidens medicin vil have små lasere til hjernekirurgi.
På grund af teknologiske fremskridt er der en konstant reduktion i omkostningerne. Ligesom lasere er blevet almindelige i husholdningsapparater, er de begyndt at spille en nøglerolle i hospitalsudstyr.
Hvis tidligere lasere i medicin var meget store ogkomplekst, har dagens produktion fra optisk fiber reduceret omkostningerne betydeligt, og overgangen til nanoskalaen vil reducere omkostningerne endnu mere.
Anden anvendelse
Urologer kan behandle urinrørsforsnævring, godartede vorter, urinsten, blærekontraktur og prostataforstørrelse med lasere.
Brugen af laseren i medicin har gjort det muligt for neurokirurger at lave præcise snit og endoskopiske undersøgelser af hjernen og rygmarven.
Dyrlæger bruger lasere til endoskopiske procedurer, tumorkoagulation, snit og fotodynamisk terapi.
Tandlæger bruger sammenhængende stråling til huldannelse, tandkødskirurgi, antibakterielle procedurer, dental desensibilisering og oro-ansigtsdiagnostik.
Laserpincet
Biomedicinske forskere over hele verden bruger optiske pincet, cellesortere og mange andre værktøjer. Laserpincet lover bedre og hurtigere kræftdiagnose og er blevet brugt til at fange vira, bakterier, små metalpartikler og DNA-strenge.
I en optisk pincet bruges en stråle af sammenhængende stråling til at holde og rotere mikroskopiske genstande, på samme måde som en metal- eller plastpincet kan opfange små og skrøbelige genstande. Individuelle molekyler kan manipuleres ved at fastgøre dem til mikron-størrelse objektglas eller polystyren perler. Når strålen rammer bolden, er denkurver og har et let stød, der skubber bolden lige ind i midten af strålen.
Dette skaber en "optisk fælde", der er i stand til at fange en lille partikel i en lysstråle.
Laser i medicin: fordele og ulemper
Energien fra kohærent stråling, hvis intensitet kan moduleres, bruges til at skære, ødelægge eller ændre den cellulære eller ekstracellulære struktur af biologiske væv. Derudover reducerer brugen af lasere i medicin kort sagt risikoen for infektion og stimulerer helingen. Brugen af kvantegeneratorer i kirurgi øger nøjagtigheden af dissektion, men de er farlige for gravide kvinder, og der er kontraindikationer for brugen af fotosensibiliserende lægemidler.
Den komplekse struktur af væv tillader ikke en entydig fortolkning af resultaterne af klassiske biologiske analyser. Lasere i medicin (foto) er et effektivt værktøj til ødelæggelse af kræftceller. Imidlertid virker kraftige kilder til sammenhængende stråling vilkårligt og ødelægger ikke kun det berørte, men også det omgivende væv. Denne egenskab er et vigtigt værktøj i mikrodissektionsteknikken, der bruges til at udføre molekylær analyse på et sted af interesse med evnen til selektivt at ødelægge overskydende celler. Målet med denne teknologi er at overvinde den heterogenitet, der er til stede i alle biologiske væv for at lette deres undersøgelse i en veldefineret population. I denne forstand har laser mikrodissektion ydet et væsentligt bidrag til udviklingen af forskning, til forståelsefysiologiske mekanismer, der i dag tydeligt kan påvises på niveau med en population og endda en enkelt celle.
Funktionaliteten af vævsteknologi i dag er blevet en vigtig faktor i udviklingen af biologi. Hvad sker der, hvis aktinfibre skæres over under deling? Vil et Drosophila-embryo være stabilt, hvis cellen ødelægges under foldning? Hvad er parametrene involveret i meristemzonen af en plante? Alle disse problemer kan løses med lasere.
Nanomedicin
For nylig er der dukket mange nanostrukturer op med egenskaber, der er egnede til en række biologiske anvendelser. De vigtigste af dem er:
- kvanteprikker er bittesmå lysemitterende partikler på nanometerstørrelse, der bruges til meget følsom cellulær billeddannelse;
- magnetiske nanopartikler, der har fundet anvendelse i medicinsk praksis;
- polymerpartikler til indkapslede terapeutiske molekyler;
- metalnanopartikler.
Udviklingen af nanoteknologi og brugen af lasere i medicin har kort sagt revolutioneret måden, hvorpå lægemidler administreres. Suspensioner af nanopartikler indeholdende lægemidler kan øge det terapeutiske indeks af mange forbindelser (øge opløselighed og effektivitet, reducere toksicitet) ved selektivt at påvirke berørte væv og celler. De leverer den aktive ingrediens og regulerer også frigivelsen af den aktive ingrediens som reaktion på ekstern stimulation. Nanotheranostics er længereen eksperimentel tilgang, der tillader dobbelt brug af nanopartikler, lægemiddelforbindelser, terapi og billeddiagnostiske værktøjer, hvilket åbner vejen for personlig behandling.
Brugen af lasere i medicin og biologi til mikrodissektion og fotoablation gjorde det muligt at forstå de fysiologiske mekanismer for sygdomsudvikling på forskellige niveauer. Resultaterne vil hjælpe med at bestemme de bedste metoder til diagnose og behandling for hver patient. Udviklingen af nanoteknologi i tæt sammenhæng med fremskridt inden for billeddannelse vil også være uundværlig. Nanomedicin er en lovende ny form for behandling af visse kræftformer, infektionssygdomme eller diagnostik.
