Ласери у пластичној хирургији

На почетку прошлог века, у публикацији под називом "Квантна теорија зрачења", Ајнштајн је теоретски поткрепљивао процесе који се морају догодити када ласер емитује енергију. Маиман је изградио први ласер у 1960. Од тада, брзи развој ласерске технологије, доводећи до стварања разних ласера, који покривају читав електромагнетни спектар. Затим су се спојили са другим технологијама, укључујући системе визуелизације, роботику и компјутере, како би се побољшала тачност преноса ласерског зрачења. Као резултат сарадње у области физике и биоинжењеринга, медицински ласери као терапеутски агенси постали су важан део арсенала хирурга. У почетку су били гомилани и користили су само хирурзи који су посебно обучени у физици ласера. Током протеклих 15 година дизајн медицинских ласера напредовао је у правцу једноставне употребе, а многи хирурзи су проучавали основе ласерске физике на постдипломском образовању.

Овај чланак разматра: биофизику ласера; интеракција ткива са ласерским зрачењем; уређаји који се тренутно користе у пластичној и реконструктивној хирургији; опћи сигурносни захтеви за рад са ласерима; питања даље примене ласера код интервенције на кожи.

Биофизика ласера

Ласери емитују енергију светлости, која се креће у облику таласа сличног обичном светлу. Таласна дужина је растојање између два суседна таласа. Амплитуда је магнитуда максимума, одређује интензитет светлосног зрачења. Фреквенција или период светлосног таласа је време потребно за један комплетни таласни циклус. Да би се разумио ефекат ласера, важно је размотрити квантну механику. Израз "ласер" (ЛАСЕР) је скраћеница фразе "осветљење појачане стимулисаним емисијама зрачења". Ако се фотон, јединица светлосне енергије, удари са атомом, преноси један од електрона атома на виши ниво енергије. Атом у таквом узбуђеном стању постаје нестабилан и поново ослобађа фотон када електрон прелази на почетни, нижи ниво енергије. Овај процес је познат као спонтана емисија. Ако је атом у високом енергетском стању и судари са другим фотоном, онда ће, након преласка на нискоенергетски ниво, додијелити два фотона која имају исту таласну дужину, смјер и фазу. Овај процес, под називом стимулисана емисија зрачења, је основа разумевања ласерске физике.

Без обзира на врсту, сви ласери имају четири главне компоненте: узбудљив механизам или извор енергије, ласерски медиј, оптичку шупљину или резонатор и систем за избацивање. Већина медицинских ласера који се користе у пластичној хирургији лица имају електрични механизам узбуде. Неки ласери (на примјер, ласерски ласер узбуђени блицом) користе свјетло као механизам узбуде. Други могу да користе високе енергетске радио таласе или хемијске реакције како би обезбедили енергију ексцитације. Механизам узбуде пумпи енергију у резонантну комору која садржи ласерски медијум, који може бити чврст, течни, гасни или полуводљиви материјал. Енергија која се испушта у шупљину резонатора подиже електроне атома ласерског медија на виши ниво енергије. Када половина атома у резонатору достигне високу ексцитацију, долази до инверзије популације. Спонтано емитовање почиње када се фотони емитују у свим правцима, а неки се сударају са већ узбуђеним атоми, што доводи до стимулисане емисије пар фотона. Појачање стимулисане емисије се дешава пошто се фотони који се крећу дуж оси између огледала углавном одражавају напред и назад. Ово доводи до узастопне стимулације, пошто се ови фотони сударају са другим узбуђеним атоми. Једно огледало има 100% рефлексију, а друго - делимично преноси зрачену енергију из шупљине коморе. Ова енергија се преноси у биолошка ткива системом избацивања. У већини ласера то је оптичка влакна. Значајан изузетак је Ц02 ласер, који има систем огледала на шарнири. Код Ц02 ласера постоје оптичка влакна, али они ограничавају величину места и излазну енергију.

Светлост ласера у односу на обично светло је више организована и квалитативно интензивна. Пошто је ласерски медијум хомоген, фотони који се емитују под стимулисаним емисијама имају једну таласну дужину, што ствара монохроматност. Обично се светло дифузује снажно када се помера од извора. Ласерско светло је коллимирано: мало се распршује, пружајући константан интензитет енергије на великој удаљености. Фотони ласерског светла не само да се крећу у једном смеру, већ имају исту временску и просторну фазу. То се зове кохерентност. Особине монохроматичности, колимације и кохеренције разликују ласерско светло од поремећене енергије обичног светла.

Интеракција ласерског ткива

Спектар ласерских ефеката на биолошка ткива проширује се од модулације биолошких функција до испаравања. Већина клинички коришћених интеракција ласерског ткива укључује термичку коагулацију или испаравање. У будућности, ласери се могу користити не као извори топлоте, већ као сонде за контролу ћелијских функција без нежељених ефеката цитотоксичних ефеката.

Ефекат обичног ласера на ткиво зависи од три фактора: апсорпције ткива, ласерске таласне дужине и густине енергије ласера. Када се ласерски зрак сруши са ткивом, његова енергија се може апсорбирати, одразити, пренети или расути. Са било којом интеракцијом ткива и ласера, сва четири процеса се јављају у различитим степенима, од којих је апсорпција најважнија. Степен апсорпције зависи од садржаја хромофора у ткиву. Хромофори су супстанце које ефикасно абсорбују таласе одређене дужине. На пример, енергију ЦО2 ласера апсорбују меки ткиви тела. Ово је због чињенице да таласна дужина која одговара Ц02 добро се апсорбују молекули воде, који чине до 80% меких ткива. Насупрот томе, Ц02 ласер је минимално апсорбован од кости, што је последица ниског садржаја воде у коштаном ткиву. У почетку, када ткиво апсорбује ласерску енергију, његови молекули почињу да вибрирају. Апсорпција додатне енергије узрокује денатурацију, коагулацију и, коначно, испаравање протеина (испаравање).

Када се ласерска енергија одбија од ткива, ова друга није оштећена, јер се смер зрачења на површини мења. Такође, ако ласерска енергија пролази кроз површинска ткива у дубок слој, средња ткива не утиче. Ако се ласерски сноп распрши у ткиво, енергија се не апсорбује на површини, већ насумично распоређује у дубоким слојевима.

Трећи фактор који се односи на интеракцију ткива са ласером је густина енергије. Када се ласер и ткиво интерагују, када су сви остали фактори константни, промена величине тачке или времена експозиције може утицати на стање ткива. Ако се величина спот ласерског зрака смањује, снага која делује на одређени волумен ткива се повећава. Насупрот томе, ако се величина места повећава, густина енергије ласерског зрака се смањује. Да бисте променили величину места, можете фокусирати, пре-фокусирати или дефокирати систем за избацивање на тканину. Са префокусирањем и дефокусирањем зрака, величина места је већа од фокусиране греде, што резултира мањом густином снаге.

Други начин промене ефеката ткива је пулсација ласерске енергије. Сви пулсни режими радијације са прекидима укључивања и искључивања. Пошто енергија не дође до ткива током периода затварања, могуће је расипати топлоту. Ако су периоди зауставе дужи од термичког времена релаксације циљног ткива, вероватноћа оштећења околног ткива топлотном проводљивостом смањује се. Време топлотне релаксације је количина времена потребног да се расипа половина топлине објекта. Однос трајања активног јаза на збир активних и пасивних интервала пулсирања назива се циклус рада.

Радни циклус = укључен / укључен + искључен

Постоје различити начини пулсирања. Енергија се може произвести у серијама постављањем периода када ласер емитује (нпр. ОД ц). Енергија се може преклапати када је константни талас блокиран у одређеним интервалима помоћу механичког затварача. У режиму супер пулсирања, енергија није једноставно блокирана, већ се чува у извору ласерске енергије током периода искључивања, а затим се избацује током периода. То значи да је максимална енергија у суперпулсном режиму знатно већа од оне у режиму константног начина или преклапања.

У ласеру који генерише гигантски режим пулсирања, енергија је такође конзервирана током периода затварања, али у ласерском окружењу. Ово се постиже коришћењем механизма за избацивање у комори за шупљину између два огледала. Затворени поклопац спречава генерисање у ласеру, али омогућава да се енергија складишти на свакој страни поклопца. Када је поклопац отворен, огледала се међусобно делују, узрокујући стварање високонапонског ласерског зрака. Максимална енергија ласера генерира у режиму великог импулса је врло велика са кратким радним циклусом. Ласер са синхронизованим режимом је сличан ласеру који генерише у гигантском режиму пулсирања, при чему је између два огледала у комори за шупљину обезбеђен дампер. Ласер са синхронизованим режимима отвара и затвара душлер у синхронизацији са временом које је потребно да би се рефлектовала светлост између два огледала.

Карактеристике ласера

• Угљен-диоксидни ласер

Ласерски угљен диоксид се најчешће користи у опери оториноларингологије / главе и врата. Дужина њеног таласа је 10.6 нм - невидљиви талас далеког инфрацрвеног региона спектра електромагнетног зрачења. Водич кроз сноп хелијевог неонског ласера је неопходан како би хирург видио подручје утицаја. Ласерски медијум је Ц02. Његова таласна дужина добро се апсорбује молекулима воде у ткиву. Ефекти су површни захваљујући високој апсорпцији и минималној дисперзији. Радијација се може пренети само кроз огледала и специјалне сочива постављене на шарнири. Радилица може бити причвршћена за микроскоп ради прецизног рада под повећањем. Енергију се такође може избацити помоћу фокусирајуће ручке причвршћене на шарку.

• Нд: ИАГ ласер

Таласна дужина Нд: ИАГ (атријум-алуминијумски гранат са неодимијумским) ласером износи 1064 нм, односно у блиском инфрацрвеном подручју. То је невидљиво за људско око и захтева сугестивни хелијум-неонски ласерски зрак. Ласерски медијум је итријумалуминијски гранат са неодимом. Већина ткива у телу не упија ову таласну дужину добро. Међутим, пигментирано ткиво апсорбује је боље од неприлагођеног. Енергија се преноси кроз површинске слојеве већине ткива и распршује се у дубоким слојевима.

У поређењу са ласером угљен-диоксида, распршивање Нд: ИАГ је много веће. Због тога је дубина пенетрације већа и Нд: ИАГ је погодан за коагулацију дубоко лаганих посуда. У експерименту, максимална дубина коагулације је око 3 мм (температура коагулације +60 ° Ц). Пријављени су добри резултати третмана дубоких периоралних капиларних и кавернозних формација помоћу Нд: ИАГ ласера. Такође постоји извештај о успешној ласерској фотокалагиологији са хемангиомима, лимфангиомасима и артериовенозним конгениталним формацијама. Међутим, већа дубина пенетрације и неселективно уништење предиспонирају повећање постоперативног ожиљака. Клинички, ово је сведено на најмању могућу меру безбедним подешавањима снаге, тачним приступом избијању и избегавању површина коже. У пракси, коришћење тамно црног Нд: ИАГ ласера практично је замењено ласерима са таласном дужином која лежи у жутом делу спектра. Међутим, користи се као помоћни ласер за чворне формације тамно црвене боје (боја порта).

Показано је да Нд: ИАГ ласер спречава производњу колагена, како у култури фибробласти тако иу нормалној кожи ин виво. Ово указује на успех овог ласера у лечењу хипертрофичних ожиљака и келоида. Али, клинички, учесталост релапса након келоида је висока, упркос моћном додатном локалном третману са стероидима.

• Контактирајте Нд: ИАГ ласер

Употреба Нд: ИАГ ласера у контактном моду значајно мења физичке особине и апсорпцију зрачења. Контактни врх састоји се од кристала сафира или кварца, директно причвршћеног на крај ласерског влакна. Контактни контакт интерагује директно са кожом и делује као термални скалпел, истовремено сечење и коагулација. Постоје извештаји о употреби контактног врха са широким спектром интервенције на меким ткивима. Ове апликације су ближе електрокоагулацији него без контакта Нд: ИАГ. У суштини, хирурзи сада користе ласерске таласне дужине не за резање ткива, већ за загревање врхова. Према томе, принципи интеракције ласера са ткивима овде се не примењују. Време одзива на контактни ласер није директна функција као када се користи слободно влакно, па стога постоји период лагања за грејање и хлађење. Међутим, са искуством овај ласер постаје погодан за алокацију кожних и мишићних графтова.

• Аргон ласер

Аргонски ласер емитује видљиве таласе дужине 488-514 нм. Због дизајна шупљине и молекуларне структуре ласерског медијума, овај тип ласера производи домет са дугим таласним дужинама. Поједини модели могу имати филтер који ограничава зрачење на једну таласну дужину. Енергија аргонског ласера добро се апсорбује хемоглобин, а његова дисперзија је посредна између угљендиоксида и Нд: ИАГ ласера. Систем зрачења за аргонски ласер је носач оптичких влакана. Због велике апсорпције хемоглобина, васкуларне неоплазме коже такође апсорбују енергију ласера.

• КТП ласер

КТП (калијум титанил фосфат) ласерски ласер је Нд: ИАГ ласер чија је фреквенција дуплирана (таласна дужина је преполовљена) преношењем ласерске енергије кроз КТ кристал. Ово даје зелено светло (таласна дужина 532 нм), што одговара апсорпцијском врху хемоглобина. Његов продор у ткива и расипање је сличан оном аргонског ласера. Ласерска енергија преноси влакна. У не-контактном режиму, ласер се испарава и коагулира. У полу-контактном начину, врх влакна једва додирује тканину и постаје алат за резање. Што се више енергије користи, то више ласер делује као термални нож, сличан ласерском киселином. Инсталације с нижим енергијом се примарно користе за коагулацију.

• Ласер за боје узбудљив од стране лампице

Ласер за боје узрокован фласх лампом био је први медицински ласер специјално развијен за лечење бенигних васкуларних неоплазми коже. Ово је ласер видљиве светлости са таласном дужином од 585 нм. Ова таласна дужина се поклапа са трећим вршним апсорпцијом оксиххемоглобина, и стога је енергија овог ласера доминантно апсорбована хемоглобином. У опсегу од 577-585 нм постоји и мање апсорпција од стране конкурентских хромофора, као што је меланин, и мање расипања ласерске енергије у дермису и епидермису. Ласерски медијум је бојни рођамин, који оптички узбуђује лампа, а систем зрачења је носач оптичких влакана. Врх ласерског бојила има заменљив систем сочива, који омогућава стварање величине од 3, 5, 7 или 10 мм. Ласер пулсира са временом од 450 мс. Овај пулсацијски индекс изабран је на основу термичке релаксације ектатских судова пронађених у бенигним васкуларним неоплазмима коже.

• Бакрени пари ласер

Ласер бакарних пара производи видљиво зрачење које има две одвојене таласне дужине: импулсни зелени талас дужине 512 нм и импулсни жути талас дужине 578 нм. Ласерски медијум је бакар, који је узбуђен (упарен) електрично. Систем оптичких влакана преноси енергију на врх, који има варијаблу величину места од 150-1000 μм. Време експозиције се креће од 0.075 с до константе. Време између импулса варира од 0.1 с до 0.8 с. Жута бакарна испарљива ласерска светлост се користи за лечење бенигних васкуларних лезија на лицу. Зелени талас се може користити за третирање таквих пигментираних формација као пеге, лентиго, неви и кератозе.

• Нерадни жути ласер за боје

Жути ласерски ласерски смањивани талас је ласерски видљиви светлост који производи жуто светло са таласном дужином од 577 нм. Као ласер на боју, узбуђену блицом, подешава се променом боје у комори за ласерску активацију. Боја је узбуђена ласером аргона. Систем за избацивање овог ласера је такође оптички кабал, који се може фокусирати на различите величине. Ласерско светло може пулсирати помоћу механичког затварача или конектора Хекасцаннера који је причвршћен на крају оптичког система. Хекасцаннер насумично усмерава импулсе ласерске енергије унутар хексагоналне контуре. Као ласерски ласер узбудљив од стране лампице за бљесак и ласерског бакарног ласера, жути ласерски ласер са нерешеним таласима је идеалан за лечење бенигних васкуларних лезија на лицу.

• Ербијум ласер

Ербијум: УАС ласер користи опсег апсорпције са водом од 3000 нм. Његова таласна дужина од 2940 нм одговара овом врху и снажно се апсорбује водом ткива (око 12 пута већа од ласерског угљен-диоксида). Овај ласер, који емитује у блиском инфрацрвеном спектру, је невидљив за очи и треба га користити са видљивим водичем. Ласер напумпава лампа блица и емитује макро-импулсе од 200-300 μс трајања, који се састоје од низа микропулза. Ови ласери се користе са врхом који је причвршћен за шарку. Уређај за скенирање се такође може интегрисати у систем за брже и равномерније уклањање ткива.

• Руби ласер

Руби ласер - ласер који се пумпа пулзном светиљком која емитира светлост са таласном дужином од 694 нм. Овај ласер, који се налази у црвеној области спектра, видљив је очима. Може имати ласерски затварач за производњу кратких импулса и постићи дубље продирање у ткиво (дубље од 1 мм). Дуготрајни руби ласер користи се за преферентно грејање фоликула косе током ласерског уклањања длака. Ово ласерско зрачење се преноси помоћу огледала и система шарнира. Слабо га абсорбује вода, али се снажно апсорбује меланином. Различити пигменти који се користе за тетоваже такође апсорбују зраке с таласном дужином од 694 нм.

• Алекандрите ласер

Алекандрите ласер, солид стате ласер који се може надувати од стране блица, има таласну дужину од 755 нм. Ова таласна дужина, која се налази у црвеном делу спектра, није видљива за око и због тога захтева водилицу. Апсорбују се плавим и црним пигментима за тетоваже, као и меланин, али не и хемоглобин. Ово је релативно компактан ласер који може пренети зрачење преко флексибилног влакна. Ласер продире релативно дубоко, што га чини погодним за уклањање косе и тетоважа. Величина места је 7 и 12 мм.

• Диоде ласер

Недавно су диоде на суперпроводним материјалима биле директно повезане са оптичким уређајима, што је довело до емисије ласерског зрачења са различитим таласним дужинама (у зависности од карактеристика употребљених материјала). Диодни ласери се разликују по својим перформансама. Они могу пренети долазну електричну енергију у светлост са ефикасношћу од 50%. Ова ефикасност, повезана са мањом производњом топлоте и улазном снагом, омогућава компактним диодним ласерсима да имају дизајн без великих система хлађења. Светлост се преноси оптички оптички.

• Филтеред Импулсе Ламп

Филтерирана импулсна лампа која се користи за уклањање длака није ласер. Напротив, то је интензиван, неусклађен, импулсни спектар. За емитовање светлости са таласном дужином од 590-1200 нм, систем користи кристалне филтере. Ширина и интегрална густина импулса, такође варијабилна, задовољавају критеријуме за селективну фототермолизу, што овај уређај поставља на пару са ласерима за уклањање длака.

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