Laserit plastiikkakirurgiaan

Viimeisen vuosisadan alussa, julkaisussa "Säteilyn kvantti-teoria", Einstein teoreettisesti osoitti prosessit, jotka täytyy tapahtua, kun laser tuottaa energiaa. Maiman rakensi ensimmäisen laserin vuonna 1960. Siitä lähtien lasertekniikan nopea kehitys, joka johtaa erilaisten lasereiden luomiseen ja kattaa koko sähkömagneettisen spektrin. Sitten ne yhdistyivät muihin tekniikoihin, mukaan lukien visualisointijärjestelmät, robotiikka ja tietokoneet, parantaa lasersäteilyn lähetyksen tarkkuutta. Fysiikan ja biotekniikan alalla tehtävän yhteistyön tuloksena lääketieteelliset laserit terapeuttisina aineina ovat tullut tärkeäksi osaksi kirurgian arsenaalista. Aluksi ne olivat hankalia ja niitä käytti vain kirurgit, jotka oli erityisesti koulutettu lasereiden fysiikassa. Viimeisten 15 vuoden aikana lääketieteellisten laserien suunnittelu on edennyt helppokäyttöisyyden suuntaan, ja monet kirurgi ovat tutkinneet laserfysiikan perusteet jatkokoulutuksessa.

Tässä artikkelissa käsitellään: lasereiden biofysiikka; kudosten ja lasersäteilyn vuorovaikutus; muovisiin ja rekonstruktiivisiin leikkauksiin tällä hetkellä käytettävät laitteet; yleiset turvallisuusvaatimukset laserlaitteiden kanssa; kysymyksiä laserien jatkokäytöstä ihon hoitoihin.

Laserien biofysiikka

Lasertulokset tuottavat valoa, joka liikkuu tavallisessa valossa samanlaisina aalloina. Aallonpituus on kahden vierekkäisen aallon korkeuden välinen etäisyys. Amplitudi on maksimin suuruus, määrittää valonsäteen voimakkuuden. Taajuus tai valoaallon aika on koko aalisaikaan vaadittu aika. Laserin vaikutuksen ymmärtämiseksi on tärkeää ottaa huomioon kvanttimekaniikka. Termi "laser" (LASER) on lyhenne sanoista "Light Amplification Stimulated Emission of Radiation". Jos fotoni, valoenergian yksikkö, törmää yhteen atomin kanssa, siirtää jonkin atomin elektroneista suurempaan energiatasoon. Atomi tällaisessa viritetyssä tilassa muuttuu epävakaaksi ja vapauttaa foton uudelleen, kun elektroni kulkee alkuvaiheen alempaan energiatasoon. Tätä prosessia kutsutaan spontaaneiksi emissioiksi. Jos atomi on suuritehoisessa tilassa ja törmää yhteen toisen fotonin kanssa, siirtyy sitten alhaisen energian tasoon, se jakaa kaksi fotonia, joilla on sama aallonpituus, suunta ja vaihe. Tämä prosessi, jota kutsutaan stimuloiduksi säteilymääräksi, perustuu laserfysiikan ymmärtämiseen.

Riippumatta tyypeistä kaikilla laserilla on neljä pääkomponenttia: jännittävä mekanismi tai energialähde, laserväliaine, optinen ontelo tai resonaattori ja poistojärjestelmä. Useimmilla kasvojen muovikirurgiaan käytetyillä lääketieteellisillä lasereilla on sähköinen herätekanismi. Joissakin lasereissa (esimerkiksi värähtelevää laser, jonka pulssi lamppu herättää) käyttää valoa herätekanismin muodossa. Toiset voivat käyttää suuritehoisia radioaaltoja tai kemiallisia reaktioita viritysenergian aikaansaamiseksi. Jännitysmekanismi pumpoi energiaa resonanssikammioon, joka sisältää laserväliainetta, joka voi olla kiinteä, nestemäinen, kaasumainen tai puolijohtava materiaali. Resonaattorin onteloon päästetty energia nostaa laserväliaineen atomien elektroneja suurempaan energiatasoon. Kun puolet atomeista resonaattorissa saavuttaa suuren herätteen, väestön inversio tapahtuu. Spontaani päästö alkaa, kun fotoneja emittoidaan kaikilla suuntiin ja jotkut niistä törmäävät jo innoissaan olevien atomien kanssa, mikä johtaa stimuloidun pariparonemission muodostumiseen. Stimuloitujen päästöjen vahvistus tapahtuu, kun akun kanssa pitkin peilien välisiä fotoneja heijastuu pääasiassa edestakaisin. Tämä johtaa peräkkäiseen stimulaatioon, koska nämä fotonit törmäävät muihin innoittuneisiin atomeihin. Yksi peili on 100% heijastus ja toinen - osittain lähettää säteilytetyn energian ontelokammiosta. Tämä energia siirretään biologisiin kudoksiin poistojärjestelmällä. Useimmissa lasereissa se on kuituoptista. Huomattava poikkeus on C02-laser, jolla on peilien järjestelmä saranoituun palkkiin. C02-laserille on optisia kuituja, mutta ne rajoittavat pistekokoa ja lähtöenergiaa.

Laserin valo verrattuna tavalliseen valoon on organisoitua ja laadullisesti intensiivisempi. Koska laser-alusta on homogeeninen, stimuloidussa päästössä emittoitujen fotonien aallonpituus on yksi, mikä luo monokromaattisuuden. Yleensä valo diffundoituu voimakkaasti, kun se liikkuu lähteeltä. Laservalo kollimoituu: se haihtuu vähän ja tarjoaa jatkuvan energian voimakkuuden suurella etäisyydellä. Laservalojen fotonit eivät liiku vain yhteen suuntaan, niillä on sama tilapäinen ja tilallinen vaihe. Tätä kutsutaan koherenssiksi. Monokromaattisuuden, kollimaation ja koherenssin ominaisuudet erottavat laservalon tavallisen valon häiriöttömästä energiasta.

Laser-kudosten vuorovaikutus

Laservaikutusten spektri biologisiin kudoksiin ulottuu biologisten toimintojen moduloinnista haihdutukseen. Useimmilla kliinisesti käytetyillä laser-kudosvuorovaikutuksilla on lämpökoagulaatio tai haihdutus. Tulevaisuudessa lasereita ei voida käyttää lämmönlähteinä vaan koettimiin solujen toimintojen ohjaamiseksi ilman sytotoksisten vaikutusten sivuvaikutuksia.

Tavallisen laserin vaikutus kudokseen riippuu kolmesta tekijästä: kudoksen imeytymisestä, laser aallonpituudesta ja laserenergian tiheydestä. Kun lasersäde törmää kudokseen, sen energia voi imeytyä, heijastua, siirtää tai hajota. Kaikkien kudosten ja laserien vuorovaikutuksessa kaikki neljä prosessia esiintyvät vaihtelevin asteenä, joista imeytyminen on tärkein. Imeytymisaste riippuu kromoforin sisällöstä kudoksessa. Kromoforit ovat aineita, jotka absorboivat tehokkaasti tietyn pituisia aaltoja. Esimerkiksi kehon pehmeät kudokset absorboivat hiilidioksidin energiaa. Tämä johtuu siitä, että C02: ta vastaava aallonpituus imeytyy hyvin vesimolekyyleihin, jotka muodostavat jopa 80% pehmytkudoksista. Sen sijaan C02-laseri imeytyy vähäisessä määrin luussa, mikä johtuu luukudoksen alhaisesta vesipitoisuudesta. Aluksi, kun kudos imee laserenergian, molekyylit alkavat värähtelemään. Lisäenergian imeytyminen aiheuttaa denaturoinnin, hyytymisen ja lopulta proteiinin haihtumisen (höyrystämisen).

Kun kudos heijastaa laserenergian, jälkimmäinen ei ole vaurioitunut, koska säteilyn suunta pinnalla muuttuu. Lisäksi, jos laserenergia kulkee pintakudosten läpi syvälle kerrokselle, välikudoksella ei ole vaikutusta. Jos lasersäde hajoaa kudokseen, energia ei imeydy pinnalle, vaan se jakautuu satunnaisesti syviin kerroksiin.

Kolmas tekijä, joka koskee kudosten vuorovaikutusta laserin kanssa, on energiatiheys. Kun laser ja kudos ovat vuorovaikutuksessa, kun kaikki muut tekijät ovat vakioita, pinnan tai valotusajan koon muuttaminen voi vaikuttaa kudostilaan. Jos lasersäteen pisteen määrä pienenee, tietyn määrän kudosta vaikuttava teho kasvaa. Toisaalta, jos pistekoko kasvaa, lasersäteen energia-tiheys vähenee. Voit vaihtaa kohteen kokoa tarkentamalla, esikohdistalla tai poistamalla poistojärjestelmän kankaalle. Rauvien esiohjaus ja defoksointi paikallaan kooltaan suurempi kuin keskitetyn säteen, mikä johtaa pienempään tehotiheyteen.

Toinen tapa muuttaa kudosvaikutuksia on laserenergian pulssi. Kaikki pulssimuodot säteilyn ajoittaiset virranjaksot päälle ja pois päältä. Koska energia ei pääse kudoksiin sammutusjaksojen aikana, on mahdollista haihtua lämpöä. Jos sulkuajat ovat pidempiä kuin kohdekudoksen lämpö rentoutusaika, todennäköisyys vahingoittaa ympäröivää kudosta lämmönjohtavuus pienenee. Lämpöerotusaika on ajan kuluminen, joka tarvitaan puolet kohteen lämmöstä. Aktiivisen kuilun keston ja aktiivisten ja passiivisten pulsausvälien summaa kutsutaan toimintajaksoksi.

Käyttöjakso = päälle / päällä + pois päältä

On olemassa erilaisia pulssitiloja. Energiaa voidaan tuottaa erissä asettamalla aika, jolloin laser päästää (esim. OD c). Energia voi olla päällekkäinen, kun vakio aalto estyy tietyin väliajoin mekaanisella suljinnolla. Super-pulssitilassa energiaa ei ole yksinkertaisesti suljettu, vaan se on tallennettu laserenergian lähteeseen sammutusjakson aikana ja poistettu sitten jakson aikana. Toisin sanoen huippupulssitilassa huipputeho on huomattavasti suurempi kuin vakiotilassa tai päällekkäisessä tilassa.

Giantin pulssijärjestelmässä tuotetulla laserilla energia säilyy myös sammutusjakson aikana, mutta laserympäristössä. Tämä saavutetaan käyttämällä pelastusmekanismia resonaattoritilassa kahden peilin välissä. Suljettu läppä estää laserin syntymisen, mutta sallii energian tallentamisen läpän molemmille puolille. Kun läppä on auki, peilit vuorovaikutuksessa aiheuttavat suurenergisen lasersäteen muodostamisen. Giant-pulssijärjestelmässä syntyvän laserin huippuenergia on erittäin suuri lyhyen käyttöjakson kanssa. Lasertulostin, jossa on synkronoituja tiloja, on samanlainen kuin laser, joka synnyttää jättimäisessä pulssitilassa, että ontelon kammion kahden peilin välissä on vaimennin. Synkronoitavilla tiloilla varustettu laseri avaa ja sulkee vaimenninsa synkronoinnissa sen ajan kanssa, joka kuluu kahden peilin välisen valon heijastamiseen.

Laserien ominaisuudet

• Hiilidioksidilaser

Hiilidioksidilaser käytetään useimmin otinolaryngologiassa / pään ja kaulan leikkauksessa. Aallon pituus on 10,6 nm - sähkömagneettisen säteilyn spektrin kaukana oleva infrapunasäteilyn näkymättövä aalto. Ohjaus helium-neon-laserin palkkiin on välttämätöntä, jotta kirurgi näkisi vaikutusalueen. Lasertusalus on C02. Sen aallonpituus imeytyy hyvin vesimolekyyleihin kudoksessa. Vaikutukset ovat pinnallisia johtuen suuresta imeytyksestä ja vähäisestä dispersiosta. Säteilytys voidaan lähettää vain peilien ja erikoislinssien avulla, jotka on sijoitettu saranoituun baariin. Kampikammio voidaan kiinnittää mikroskooppiin tarkan työn ollessa suurennettuna. Energiaa voidaan myös työntää ulos saranapalkkiin kiinnitetyn tarkennuskahvan kautta.

• Nd: YAG-laser

Nd: YAG (yttrium-alumiini granaatti neodyymi) -laserin aallonpituudella on 1064 nm eli se on lähellä infrapuna-aluetta. Se on näkymätön ihmissilmälle ja vaatii viitteellistä helium-neon-lasersädettä. Lasertusalusta on yttrium-aluminium granaatti neodyymillä. Useimmat kehon kudokset eivät ime tätä aallonpituutta hyvin. Kuitenkin pigmentoitu kudos absorboi sen paremmin kuin pigmentoitunut. Energia välitetään useimpien kudosten pintakerroksista ja se hajoaa syvissä kerroksissa.

Hiilidioksidilaserin suhteen Nd: YAG: n sironta on paljon suurempi. Siksi penetraation syvyys on suurempi ja Nd: YAG sopii hyvin syvälle menevien alusten koaguloitumiseen. Kokeessa koagulaation maksimisyvyys on noin 3 mm (hyytymislämpötila +60 ° C). On raportoitu hyviä tuloksia hoidettaessa syvän peroralismin kapillaarisia ja kourutekoisia muodostumia Nd: YAG-laserin avulla. On myös raportti onnistuneesta laser-fotokoagulaatiosta hemangioomien, lymfangioomien ja arteriovenous-synnynnäisten muodostumien kanssa. Kuitenkin syvyys tunkeutumisen ja mielivaltaisen tuhoutumisen altistavat lisääntyvän postoperatiivisen arpeutumisen. Kliinisesti tämä minimoidaan turvallisilla tehoasetuksilla, pistemenetelmällä ihon pinta-alan puhkeamiseen ja välttämiseen. Käytännössä tummanpunainen Nd: YAG -laseri käytännössä korvasi lasereilla, joiden aallonpituus sijoittui spektrin keltaiselle osalle. Kuitenkin sitä käytetään apulaitteena tummanpunaisen värin (sataman väri) solmujen muodostumiseen.

On osoitettu, että Nd: YAG-laser estää kollageenin tuotantoa sekä fibroblastiviljelmässä että normaalissa ihossa in vivo. Tämä viittaa tämän laserin onnistumiseen hypertrofisten arpia ja keloidien hoidossa. Mutta kliinisesti keloidien jälkeisen relapsien esiintymistiheys on korkea huolimatta voimakkaasta ylimääräisestä paikallishoidosta steroideihin.

• Ota yhteys Nd: YAG -laseriin

Nd: YAG-laserin käyttö kosketustilassa muuttaa huomattavasti säteilyn fysikaalisia ominaisuuksia ja absorptiota. Kosketushihna koostuu safiirista tai kvartsista, joka on suoraan kiinnitetty lasikuidun päähän. Kosketusviiva toimii suoraan ihon kanssa ja toimii lämpökeskuksena, katkaisee ja koaguloi samanaikaisesti. Raportteja on käytetty kontaktikärjessä, jolla on laaja valikoima pehmytkudoksista tehtyjä toimenpiteitä. Nämä sovellukset ovat lähempänä sähkökoagulaatiota kuin kosketuksettomat Nd: YAG. Periaatteessa kirurgit käyttävät laser-spesifisiä aallonpituuksia ei kudosten leikkaamiseen vaan kärjen lämmittämiseen. Siksi laserin ja kudosten vuorovaikutuksen periaatteet eivät ole tässä sovellettavissa. Kosketuslasiin vastausaika ei ole niin suora kuin vapaalla kuidulla käytettäessä, joten lämmitys- ja jäähdytysjakso on viivästynyt. Kuitenkin kokemuksella tämä laser sopii käytettäväksi ihon ja lihasten siirtojen osalta.

• Argon-laser

Argon-laser tuottaa näkyviä aaltoja, joiden pituus on 488-514 nm. Lasimaalaus ontelon kammion ja molekyylitason rakenteen ansiosta tämäntyyppinen laser tuottaa pitkän aallonpituusalueen. Yksittäisillä malleilla voi olla suodatin, joka rajoittaa säteilyä yhteen aallonpituuteen. Argon-laserin energia absorboi hyvin hemoglobiini, ja sen dispersio on välituote hiilidioksidin ja Nd: YAG-laserin välillä. Argon-laserin säteilyjärjestelmä on kuituoptinen kantaja. Koska hemoglobiini imeytyy voimakkaasti, ihon verisuonitaudit absorboivat myös laserenergian.

• KTP-laser

KTP (kaliumtitanyylifosfaatti) -laseri on Nd: YAG -laseri, jonka taajuus kaksinkertaistuu (aallonpituus puolittuu) kulkemalla laserenergiaa KT-kiteen läpi. Tämä antaa vihreää valoa (aallonpituus 532 nm), joka vastaa hemoglobiinin absorptiopiikkiä. Sen tunkeutuminen kudoksiin ja sironta on samanlainen kuin argon-laser. Laserenergia siirretään kuidulla. Kosketuksettomissa tiloissa laser haihtuu ja koaguloituu. Puolikosketustilassa kuidun kärki tuskin koskettaa kangasta ja tulee leikkaustyökalu. Mitä enemmän energiaa käytetään, sitä enemmän laser toimii terminen veitsi, samanlainen hiilihappo laser. Pienemmällä energialla varustettuja laitoksia käytetään pääasiassa hyytymiseen.

• Salama-lamppu on innoissaan väriaine

Salamavalaisin innoissaan oleva värilaseri oli ensimmäinen lääketieteellinen laseri, joka on erityisesti kehitetty ihon hyvänlaatuisen verisuonitaudin hoidossa. Tämä on näkyvä valolaser, jonka aallonpituus on 585 nm. Tämä aallonpituus on sama kuin oksimoglobiinin imeytymisen kolmas huippu ja siksi tämän laserin energia hemoglobiini imeytyy pääosin. 577 - 585 nm: n alueella myös kilpailevilla kromoforeilla, kuten melaniinilla, on vähemmän absorptioa ja vähemmän laserenergian sirontaa dermaissa ja ihonpuitteissa. Lasertusalusta on väriaine rodamiinia, jota flash-lamppu optisesti herättää ja säteilyjärjestelmä on kuituoptinen kantaja. Värilaserin kärjessä on vaihdettava linssijärjestelmä, jonka avulla voidaan muodostaa pistekoko 3, 5, 7 tai 10 mm. Lasertulo sykkii 450 ms: n jaksolla. Tämä sykeindeksi valittiin perustuen ihon hyvänlaatuisiin verisuonitaudeihin löydettyjen ektatisten alusten lämmön rentoutumisaikaan.

• Kuparihöyrylaseri

Kuparihöyrylaseri tuottaa näkyvää säteilyä, jolla on kaksi erillistä aallonpituutta: pulssinmuotoinen vihreä aalto, jonka pituus on 512 nm ja pituudeltaan 578 nm pulssitettu keltainen aalto. Lasertusalusta on kuparia, joka on innostunut (höyrystetty) sähköisesti. Kuitulujärjestelmä siirtää energiaa kärkeen, jolla on muuttuva pistekoko 150-1000 um. Altistusaika vaihtelee 0,075 s: sta vakioon. Pulssien välinen aika vaihtelee myös 0,1 s: sta 0,8 s: iin. Keltaista kuparihöyrylaser-valoa käytetään hyvänlaatuisten verisuonivaurioiden hoitoon kasvoihin. Vihreää aaltoa voidaan käyttää sellaisten pigmentoitujen muodostumien hoitamiseen kuin freckles, lentigo, nevi ja keratosis.

• Ei-vaimennettu keltainen väriaine laser

Keltainen väriaine laser, jolla on vaimea aalto, on näkyvä valolaser, joka tuottaa keltaista valoa, jonka aallonpituus on 577 nm. Kuten väriaineella oleva laser, jota herättää flash-lamppu, se viritetään vaihtamalla väriaine laserin aktivointikammioon. Väri innostaa argon-laserilla. Tämän laserin irrotusjärjestelmä on myös kuituoptinen kaapeli, joka voidaan kohdistaa erilaisiin pisteisiin. Laser-valo voi pulssia käyttämällä mekaanista suljin- tai Hexascanner-kärkiä, joka on kiinnitetty kuituoptiikan loppuun. Hexascanner satunnaisesti ohjaa laserenergian pulsseja kuusikulmion muotoon. Kuten flash-lamppuun innostunut väriaine laser ja kuparihöyrylaseri, keltainen väriaine laser, jolla on vaimea aalto, sopii erinomaisesti hyvänlaatuisten verisuonten vaurioiden hoitoon kasvoihin.

• Erbium-laser

Erbium: UAS-laser käyttää absorptiospektrin vyöhykettä 3000 nm: n vettä. Sen aallonpituus 2940 nm vastaa tätä huippua ja se imeytyy voimakkaasti kudosveteen (noin 12 kertaa suurempi kuin hiilidioksidilaser). Lähes infrapunaspektrissa säteilevä laser on silmille näkymättömiä, ja sitä tulisi käyttää näkyvän ohjauspalkin kanssa. Laseria pumpataan flash-lampulla ja tuottaa 200-300 μs: n pituisia makropulseja, jotka koostuvat sarjasta mikropulssia. Näitä lasereita käytetään saranapalkkiin kiinnitetyn kärjen kanssa. Järjestelmään voidaan integroida myös skannauslaite kudoksen nopeampaan ja tasaisempiin poistoon.

• Ruby laser

Ruby laser - laser, joka pumpataan pulssilamppua lähettäen valoa aallonpituudella 694 nm. Tämä laser, joka sijaitsee spektrin punaisella alueella, näkyy silmällä. Se voi olla lasersäde tuottaa lyhyitä pulssia ja saavuttaa syvemmän tunkeutumisen kudokseen (syvempi kuin 1 mm). Pitkä pulssi ruby -laseria käytetään ensisijaisesti lämmittämään hiusneuleet laserleikkauksen aikana. Tämä lasersäteily välitetään peilien avulla ja saranoitetun sauvan avulla. Se imeytyy huonosti, mutta melaniini imeytyy voimakkaasti. Tatuoinnissa käytettävät erilaiset pigmentit absorboivat myös aallonpituuksia 694 nm.

• Alexandriti laser

Aurinkotilasignaali, kiinteävalkoinen laseri, joka voidaan täyttää salamavalon avulla, on aallonpituus 755 nm. Tämä aallonpituus, joka sijaitsee spektrin punaisella osalla, ei ole näkyvissä silmälle, ja siksi se vaatii ohjaavaa sädettä. Se imeytyy sinisiä ja mustia pigmenttejä tatuointeihin sekä melaniiniin, mutta ei hemoglobiiniin. Tämä on suhteellisen kompakti laser, joka voi lähettää säteilyä joustavan kuidun päälle. Laser tunkeutuu suhteellisen syvälle, mikä helpottaa hiusten ja tatuoiden poistamista. Paikan koko on 7 ja 12 mm.

• Diodilaser

Äskettäin suprajohtavien materiaalien diodit kytkettiin suoraan kuituoptisiin laitteisiin, mikä johti lasersäteilyn emissioon eri aallonpituuksilla (riippuen käytettyjen materiaalien ominaisuuksista). Diodilasereita erottaa niiden suorituskyky. He voivat siirtää saapuvan sähköenergian valoon 50 prosentin teholla. Tämä tehokkuus, joka liittyy vähemmän lämmöntuotantoon ja syöttötehoon, sallii pienikokoisten diodilaserien suunnitelman, jossa ei ole suuria jäähdytysjärjestelmiä. Valo lähetetään kuitua optisesti.

• Suodatettu impulssilamppu

Karvanpoistoon käytetty suodatettu pulssilamppu ei ole laser. Päinvastoin, se on voimakas, epäyhtenäinen impulssipiiri. 590-1200 nm: n aallonpituuden valolle järjestelmä käyttää kristallisuodattimia. Pulssin leveys ja integraalitiheys, myös vaihtelevat, täyttävät selektiivisen fototermolyysin kriteerit, mikä asettaa tämän laitteen pariksi hiustenpoistolaitteiden kanssa.

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