Laserid plastilises kirurgias

Einstein tegi möödunud sajandi alguses väljaandes pealkirjaga "Quantum Theory of Radiation" teoreetiliselt protsessid, mis peavad toimuma siis, kui laser kiirgab energiat. Maiman ehitas esimese laseri 1960. Aastal. Sellest ajast saadik on lasertehnoloogia kiire areng, mille tulemusena tekitatakse kogu elektromagnetilise spektriga erinevaid lasereid. Seejärel ühendati nad laserkiirguse edastamise täpsuse parandamiseks muude tehnoloogiatega, sealhulgas visualiseerimissüsteemid, robootika ja arvutitega. Koostöö tulemusena füüsika ja bioengineerimise valdkonnas on meditsiiniliseks laseriks terapeutiliste ainetena saanud kirurgide arsenali oluline osa. Esialgu olid need tülikad ja neid kasutasid ainult kirurgid, kes olid spetsiaalselt koolitatud laserite füüsikast. Viimase 15 aasta jooksul on meditsiinilaboride disain kujunenud kasutusmugavuse suunas ja paljud kirurgid on õppinud kraadiõppe laserfüüsika aluseid.

Käesolevas artiklis käsitletakse: laserite biofüüsika; kudede interaktsioon laserkiirgusega; plasti- ja rekonstruktiivkirurgias praegu kasutatavaid seadmeid; üldised ohutusnõuded laseriga töötamiseks; küsimused laserite edasise kasutamise kohta nahale sekkumisel.

Laserite biofüüsika

Laserid eraldavad valguse energiat, mis liigub tavalise valgusega sarnaste lainete kujul. Lainepikkus on kahe kõrvutise lainepikkuse vahekaugus. Amplituud on maksimaalne suurus, määrab valguse kiirguse intensiivsuse. Valguslaine sagedus või periood on aeg, mis on vajalik ühe täieliku lainetsükli jaoks. Laseri mõju mõistmiseks on oluline kaaluda kvantmehaanikat. Termin "laser" (LASER) on lühend "kiirgustiheduse kiirgusvõimendus". Kui footon, valgusenergia üksus, põrkub aatomi poole, suunab ta ühe aatomi elektroni kõrgemale energiatasele. Sellises põnevas olekus olev aatom muutub ebastabiilseks ja vabaneb ka foton, kui elektron läheb esialgsele, madalamale energia tasemele. Seda protsessi nimetatakse spontaanseks emissiooniks. Kui aatom on kõrge riikliku ja põrkab kokku teise footoni, siis üleminekul madala energia tase, eraldatakse kaks footonite millel on identsed lainepikkusest suunas ja faasi. See protsess, mida kutsutakse stimuleeritava kiirguse tekitamiseks, põhineb laserfüüsika mõistmisel.

Sõltumata tüübist on kõigil lasuritel neli põhikomponenti: põnevat mehhanismi või energiaallikat, laserikeskkonda, optilist õõnsust või resonaatorit ja väljutussüsteemi. Enamikul meditsiinilistest laseritest, mida kasutatakse näopiltskirurgias, on elektriline ärritusmehhanism. Mõned laserid (näiteks välklambiga põnevil värvilaser) kasutavad põlemismehhanismina valgustust. Teised võivad kasutada ergastuse energia saamiseks suure energiatarbega raadiolaineid või keemilisi reaktsioone. Põlemismehhanism pumpab energiat resoneeriva kambrisse, mis sisaldab laserkiirust, mis võib olla tahke, vedel, gaasiline või pooljuhtiv materjal. Resonaatori süvendisse juhitav energia tõstab laserkiirte aatomite elektronid kõrgemale energiatasele. Kui pool aatomitest resonaatoris jõuab suurele ergutusele, toimub populatsiooni inversioon. Spontaanne emissioon algab siis, kui footonid kiirguvad kõikides suundades ja mõned neist põrkuvad juba põnevate aatomitega, mis viib paaride footonite stimuleeritud emissiooni. Stimuleeritava kiirguse amplifitseerimine tekib siis, kui peeglitevahelisel teljel liiguvad vaigud peegelduvad peamiselt edasi ja tagasi. See viib järjestikku stimuleerimiseni, kuna need fotod liiguvad teiste põnevate aatomitega kokku. Üks peegel on 100% peegeldusega ja teine - osaliselt edastab kiirgusenergiat õõnsuse kambrist. See energia suunatakse bioloogilistele kudedele väljutussüsteemi kaudu. Enamikus laserites on see kiudoptiline. Märkimisväärne erand on C02-laser, millel on hingedega riba peeglite süsteem. C02 laseril on optilised kiud, kuid need piiravad kohapeal suurust ja väljundenergiat.

Laseri valgustus võrreldes tavalise valgusega on organiseeritud ja kvalitatiivselt intensiivne. Kuna laserkeskkond on homogeenne, on stimuleeritud heitgaaside tekitatud footontel üks lainepikkus, mis tekitab ühevärvilisuse. Tavaliselt levib kerge tuli, kuna see liigub allikast eemale. Laserivalgus on kollimeeritud: see hajub vähe, tagades suurema kauguse energia konstantse intensiivsuse. Laserivalguse fotonid liiguvad mitte ainult ühes suunas, vaid neil on sama ajaline ja ruumiline faas. Seda nimetatakse sidususeks. Monokromaatilisuse, kollimatsiooni ja sidususe omadused eristavad laserkiirgust tavalise valguse häireteta energiast.

Laser-koe koostoime

Laserfektide spekter bioloogilistele kudedele ulatub bioloogiliste funktsioonide modulatsioonist kuni aurustumiseni. Enamik kliiniliselt kasutatavaid laser-kudede koostoimeid hõlmavad termilise koagulatsiooni või aurustumist. Tulevikus võib lasereid kasutada mitte soojusallikatena, vaid sondid tsellulaarsete funktsioonide kontrollimiseks ilma tsütotoksiliste kõrvaltoimeteta.

Tavalise laseri mõju koele sõltub kolmest tegurist: koe imendumine, laserlainepikkus ja laserenergia tihedus. Kui laserkiil koes kokku puutub, saab selle energiat neelata, peegeldada, edastada või hajutada. Kõigi kudede ja laseride vahelise interaktsiooni korral esinevad kõik neli protsessi erineval määral, millest kõige olulisem on imendumine. Imendumise aste sõltub kromofoori sisaldusest koes. Kromofoorid on ained, mis tõhusalt imavad teatud pikkusega laineid. Näiteks absorbeerib CO2-laser energiat keha pehmete kudede poolt. See on tingitud asjaolust, et C02-le vastav lainepikkus on hästi imendunud veemolekulidega, mis moodustavad kuni 80% pehmetest kudedest. Seevastu C02 laser imendub luust minimaalselt, mis on tingitud luukoe madalast veesisaldusest. Esialgu, kui koe neelab laserenergiat, hakkavad selle molekulid vibreeruma. Täiendava energia imendumine põhjustab denatureerimist, koagulatsiooni ja lõpuks valgu aurustumist (aurustumine).

Kui laserkiirgust peegeldub koe poolt, ei kahjusta see viimast, kuna muutub kiirguse suund pinnal. Samuti, kui laserenergia läbib pinnakudede sügavasse kihti, ei mõjuta see vahepealset kude. Kui laserkiir hõõrutab kudedesse, siis energia ei imb pinnale, vaid sünteetilistel kihtidel juhuslikult jaotub.

Kolmas tegur kudede vastastikuse toime kohta laseriga on energia tihedus. Kui laser ja koe suudavad, kui kõik muud faktorid on konstantsed, võib kohapeal või kokkupuuteaja muutmine mõjutada koe seisundit. Kui laserkiire koha suurus väheneb, suureneb teatud koguse koe mõjutav jõud. Vastupidi, kui paksus suureneb, väheneb laserkiirte energia tihedus. Kohapeal oleva suuruse muutmiseks võite keskenduda, fokuseerida või eraldada kangast väljaheite süsteem. Kiirguste eelfokustamisega ja kiirguse fokuseerimisel on kohakuur suurem kui fokuseeritud kiir, mille tulemuseks on väiksem võimsus tihedus.

Teine võimalus koefektide muutmiseks on laserenergia pulseerimine. Kõik kiirguskiirguse impulssrežiimid vahelduvad toiteperioodid sisse ja välja. Kuna energia ei jõua kudedesse väljalülitusperioodide vältel, on võimalik soojust hajutada. Kui väljalülitusperioodid on pikemad kui sihtkoe termilise lõdvestumise aeg, väheneb ümbritseva koe kahjustus soojusjuhtivusega. Soojuse leevendamise aeg on aeg, mis kulub objekti poole kuumuse hajutamiseks. Aktiivse tühiku kestuse suhe aktiivsete ja passiivsete pulsatsioonintervallide summani nimetatakse töötsükliks.

Töötsükkel = sisse / välja lülitatud

On erinevaid impulssrežiime. Energiat saab valmistada partiide kaupa, seades ajavahemiku, mil laser kiirgab (nt OD c). Energia võib kattuda, kui teatud ajaintervallide korral on mehaaniline sulgur pidevalt lainet blokeeritud. Superimpulsi režiimis ei ole energia lihtsalt blokeeritud, vaid see hoitakse laserenergia allikana väljalülitusperioodi vältel ja seejärel väljalülitatakse perioodi jooksul. See tähendab, et tippenergia superimpulsi režiimis on oluliselt kõrgem kui püsimooduses või kattuvusrežiimis.

Hiiglasel impulssrežiimis genereeriva laseriga säilib energia ka väljalülitusperioodil, kuid laserkeskkonnas. Selle saavutamiseks kasutatakse kahe peegli vahelises õõneskambris olevat summutusmehhanismi. Suletud klap hoiab laseri põlvkonda, kuid võimaldab klapi mõlemal küljel hoida energiat. Kui klapp on avatud, siis peeglid vahelduvad, põhjustades suure energiaga laserkiire moodustumise. Hiiglaslikus impulssrežiimis genereeriva laseri tippenergia on väga lühike töötsükkel. Sünkroniseeritud režiimidega laser sarnaneb hiiglane impulssrežiimis genereeriva laseriga, kuna õõneskambri kahe peegli vahel on avaja. Sünkroniseeritud režiimiga laser avab ja suleb südamiku sünkroniseerimisel aega, mis kulub, et peegeldada valgust kahe peegli vahel.

Laserite omadused

• Süsinikdioksiid laser

Süsinikdioksiidlaserit kasutatakse kõige sagedamini otorinolarüngoloogia / pea-ja kaelapiirkonda. Selle laine pikkus on 10,6 nm - elektromagnetilise kiirguse spektri kauginfrapuna piirkonna nähtamatu laine. Selleks, et kirurg saaks mõjuvõimu näha, on vajalik heelium-neoonlauerahelaga juhtimine. Laserkandja on C02. Selle lainepikkus on hästi koormatud veemolekulidega. Kõrge imendumise ja minimaalse hajumise tõttu on pinnapealsed toimed. Kiirgust saab edastada ainult peeglite ja spetsiaalsete läätsede abil, mis asuvad hingedel. Vändast saab mikroskoobi külge suurendada täppisteks. Energiat saab ka välja tõmmata läbi hingeplaadi külge kinnitatud fokusseeriva käepideme.

• Nd: YAG laser

Nd: YAG (ütrium-alumiiniumgranaat ja neodüüm) laser lainepikkus on 1064 nm, see tähendab, et see asub lähima infrapuna piirkonnas. See on inimese silmale nähtamatu ja nõuab helikiirusega neoon-laserkiire. Laserkeskkond on ümmari-alumiiniumgranett neodüümiga. Enamik keha kudesid ei absorbeeri seda lainepikkust hästi. Kuid pigmenteerunud kude absorbeerib seda paremini kui mittepigmenteeritud. Energeetika edastatakse enamiku kudede pinnakihi kaudu ja hajutatakse sügavates kihtides.

Võrreldes süsinikdioksiidiga laseriga, on Nd: YAG hajumine palju suurem. Seetõttu on läbitungimise sügavus suurem ja Nd: YAG sobib hästi sügavalt lamavate veresoonte hüübimiseks. Eksperimendis on koagulatsiooni maksimaalne sügavus umbes 3 mm (koagulatsiooni temperatuur +60 ° C). On teatatud Nd: YAG laseriga seotud sügavate perioraalsete kapillaarsete ja kaevandlike moodustumiste töötlemise headest tulemustest. Samuti on olemas aruanne edukaks laser-fotokoagulatsiooniks hemangioomide, lümfangiooomide ja arteriovenoossete kaasasündinud vormidega. Kuid läbitungimise suurem sügavus ja valimatu hävitamine põhjustavad postoperatiivse armistumise suurenemist. Kliiniliselt on see minimeeritud ohutu võimsuse seadistustega, punkt-lähenemisega haiguspuhangutele ja nahapiirkondade vältimisele. Praktikas asendati tumedat punast Nd: YAG-laserit laseriga, mille lainepikkus oli spektri kollases osas. Kuid seda kasutatakse abiainetena tumedat punast värvi sõlmede moodustumiseks (port värv).

On näidatud, et Nd: YAG laser pärsib kollageeni tootmist nii fibroblasti kultuuris kui normaalses nahas in vivo. See viitab selle laseri edukale hüpertroofsete armide ja keloide ravis. Kuid kliiniliselt on keloidide retsidiivi sagedus kõrge, hoolimata võimasest täiendavatest kohalikest steroidide ravist.

• Võta ühendust Nd: YAG laseriga

Nd: YAG-i laser kasutamisel kontaktrežiimis muudab oluliselt kiirguse füüsikalisi omadusi ja neelduvust. Kontaktivõimalus koosneb safiiri või kvartsi kristallist, mis on otse laserkiudude otsa külge kinnitatud. Kontaktpulk suhtleb otseselt nahaga ja toimib termilise skalpellina, samaaegselt lõikamisel ja koaguleerimisel. On teada, et kontaktivõtt on kasutatav mitmesuguste sekkumistega pehmete kudede puhul. Need rakendused on elektrokoagulatsioonile lähemal kui mittekontaktsed Nd: YAG. Põhimõtteliselt kasutavad kirurgid nüüd laserspetsiifilisi lainepikkusi, mitte kudede lõikamiseks, vaid otsa kuumutamiseks. Seepärast ei saa laseriga koos kudede interaktsiooni põhimõtteid siin kohaldada. Kontaktlase reaktsiooniaeg ei ole otsene funktsioon kui vaba kiudude kasutamisel, mistõttu kütte ja jahutamise aeg on liiga pikk. Kuid kogemuse korral saab see laser mugavalt naha ja lihaste transplantaatide jaotamiseks.

• Argooni laser

Argoon-laster kiirgab nähtavaid laineid pikkusega 488-514 nm. Laserseadme konstruktsiooni ja laserkiirguse molekulaarstruktuuri tõttu tekitab selle tüüpi laser pikamaa lainepikkust. Üksikute mudelite korral võib olla filter, mis piirab kiirgust ühe lainepikkusega. Argooni laser energiat imendub hästi hemoglobiin ja selle dispersioon on süsinikdioksiidi ja Nd: YAG-laser vahelise vahega. Argooni laserkiirguse süsteem on kiudoptiline kandja. Hemoglobiini suure imendumise tõttu absorbeeritakse ka naha vaskulaarsed kasvajad laserit.

• KTP laser

KTP (kaalium-titaanfosfaadi) laser on Nd: YAG-laser, mille sagedus kahekordistub (lainepikkus on poole võrra), laskudes energiat läbi KT kristallide. See annab rohelise valguse (lainepikkus 532 nm), mis vastab hemoglobiini neeldumispiigile. Selle tungimine kudedesse ja hajumine on sarnane argoon-laseriga. Laseri energia kantakse kiudude abil. Mittekontaktses režiimis laser aurustub ja koaguleerub. Poolakontaktilises režiimis puutetugi puudutab kangast vaevalt kangast ja saab lõiketera. Mida rohkem energiat kasutatakse, seda rohkem laser toimib termilise nuga, mis sarnaneb süsinik-happe laseriga. Madalama energiaga rajatisi kasutatakse peamiselt koagulatsiooni jaoks.

• Välklambiga põnevil värvilaser

Välklambi põletav värvilaser oli esimene meditsiiniline laser, mis on spetsiaalselt välja töötatud naha healoomuliste vaskulaarsete kasvajate raviks. See on nähtav valguse laser, mille lainepikkus on 585 nm. See lainepikkus langeb kokku oksühemoglobiini neeldumise kolmanda tipuga, mistõttu selle laseri energia on peamiselt absorbeeritud hemoglobiiniga. 577-585 nm ulatuses on konkureerivate kromofooride, nagu melaniin, väiksem imendumine ja laseri energia väiksem hajumine naha ja epidermis. Laserkandja on rodamüüm, mis on optiliselt põnevil välklampi poolt ning kiirgusseade on fiiberoptiline kandja. Värvilaserri otsal on vahetatav läätsede süsteem, mis võimaldab luua paksuse suurusega 3, 5, 7 või 10 mm. Laser pulseerib 450 ms pikkusega perioodi. See pulsatsioonindeks valiti naha healoomuliste vaskulaarsete neoplasmide kaudu leitud öktaatiliste veresoonte leevendamise aja põhjal.

• Vase aurulamp

Vase aurulamp toodab nähtavat kiirgust, millel on kaks eraldi lainepikkust: impulss roheline laine pikkusega 512 nm ja impulss kollane laine 578 nm pikk. Laserkeskkond on vask, mis on elektriliselt ärritunud (aurustunud). Kiu-kiud süsteem kannab energia tipu külge, mille paiksus on 150-1000 μm. Kokkupuute aeg jääb vahemikku 0,075 s konstandini. Pulsside vaheline aeg varieerub ka 0,1 s kuni 0,8 s. Kollase vask-auruga laserkiirust kasutatakse paranenud healoomuliste vaskulaarsete kahjustuste raviks näol. Rohelist lainet saab kasutada selliste pigmenteeruvate koosluste ravimiseks nagu freckles, lentigo, nevi ja keratoos.

• Mitte niisutatud kollane värvi laser

Madalamate lainetega kollane värvaine laser on nähtav valgel laser, mis toodab kollast valget lainepikkusega 577 nm. Välklambil põneva värvaine laser, nagu näiteks värvi laser, on häälestatud värvi muutmisega laseraktiveerimiskambris. Värvaine ärritab argoon-laser. Selle laseri väljatõmbesüsteem on ka fiiberoptiline kaabel, mis võib keskenduda erinevates kohtade suurustes. Laserivalgus võib pulseeruda, kasutades fiiberoptiliste süsteemide otsa külge kinnitatud mehaanilist katikut või Hexascanner'i otsa. Hexascanner suunab laserkiirte impulsse juhuslikult kuuskantkontuuri sees. Nagu värviline laser, mis on põnevil välklampi ja vask-aurulise laseriga, on kollane värvi laser, millel on kahjustamata laine, ideaaljuhul healoomuliste vaskulaarsete kahjustuste raviks näol.

• Erbium laser

Erbium: UAS-i laser kasutab absorptsioonispektri riba 3000 nm veega. Selle lainepikkus 2940 nm vastab sellele tippudele ja tugevalt absorbeerib koevett (umbes 12 korda suurem kui süsinikdioksiidi laser). See laser, mis kiirgab peaaegu infrapunakiirguse spektris, on silmale nähtamatu ja seda tuleks kasutada nähtava juhtraami abil. Laser pumbatakse välklambiga ja kiirgab makro-impulsse pikkusega 200-300 μs, mis koosneb mitmest mikropulseerimisjärjestusest. Neid lasereid kasutatakse otsikuga, mis on kinnitatud liigendribale. Skannimisseadet saab süsteemi integreerida kudede kiiremaks ja ühtlasemaks eemaldamiseks.

• Rubiin laser

Rubiini laser - laser, mida pumbatakse impulsslambiga, mis valgustab lainepikkust 694 nm. See laser, mis paikneb spektri punasel alal, on silmaga nähtav. Sellel võib olla laserpester lühikeste impulsside saamiseks ja sügavamaks tungimiseks koesse (sügavam kui 1 mm). Pika pulss-rubiin-laserit kasutatakse juuksefolliikulite eelistatavaks soojendamiseks laserkiirte eemaldamise ajal. See laserkiirgus edastatakse peeglite ja hingeldatud varda süsteemi abil. Veega on see viletsalt imendunud, kuid melaniini tugevalt imendub. Tätoveeringute jaoks kasutatavad erinevad pigmendid imavad ka kiirgusid lainepikkusega 694 nm.

• Alexandrite laser

Oleksandriti laser, tahkefaasiline laser, mida saab välklampi abil täis, on lainepikkusega 755 nm. See lainepikkus, mis paikneb spektri punases osas, ei ole silmale nähtav ja seetõttu on vaja juhtraami. See imendub tätoveeringute jaoks sinise ja musta pigmendidena, samuti melaniini, kuid mitte hemoglobiiniga. See on suhteliselt kompaktne laser, mis suudab edastada kiirgust painduva kiudainena. Laser tungib suhteliselt sügavale, mis muudab juuste ja tätoveeringute eemaldamise mugavaks. Kohtade suurus on 7 ja 12 mm.

• Diode laser

Hiljuti olid ülijuhtivate materjalide dioodid otseselt ühendatud kiudoptiliste seadmetega, mille tulemuseks oli laserkiirguse emissioon erinevatel lainepikkustel (olenevalt kasutatud materjalide omadustest). Diode-laserid eristuvad nende jõudlusest. Nad saavad üle kanda sissetuleva elektrienergia valguse efektiivsusega 50%. See efektiivsus, mis on seotud väiksema soojusenergia ja sisendvõimsusega, võimaldab kompaktsete diode laseritega disainil ilma suurt jahutussüsteemita. Valgus levib kiudoptiliselt.

• Filtreeritud impulsslamp

Karvade eemaldamiseks kasutatav filtreeritud impulsslamp ei ole laser. Vastupidi, see on intensiivne, ebaselge impulsi spekter. Valguse saamiseks lainepikkusega 590-1200 nm kasutab süsteem kristallifiltreid. Impulsi laius ja integreeritud tihedus, samuti muutuv, vastavad selektiivse fototermolüüsikriteeriumitele, mis seab selle seadme karvade eemaldamise laseritega võrdseks.

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