Sa nakalipas na kalahating siglo, ang mga laser ay ginamit sa ophthalmology, oncology, plastic surgery at marami pang ibang larangan ng medisina at biomedical na pananaliksik.
Ang posibilidad ng paggamit ng liwanag upang gamutin ang mga sakit ay kilala sa libu-libong taon. Ang mga sinaunang Griyego at Egyptian ay gumamit ng solar radiation sa therapy, at ang dalawang ideya ay naiugnay pa sa mitolohiya - ang diyos ng Greece na si Apollo ay ang diyos ng araw at nagpapagaling.
Pagkatapos lamang maimbento ang magkakaugnay na pinagmumulan ng radiation mahigit 50 taon na ang nakararaan, talagang nahayag ang potensyal ng paggamit ng liwanag sa medisina.
Dahil sa kanilang mga espesyal na katangian, ang mga laser ay mas mahusay kaysa sa radiation mula sa araw o iba pang mga mapagkukunan. Ang bawat quantum generator ay gumagana sa isang napakakitid na hanay ng wavelength at naglalabas ng magkakaugnay na liwanag. Gayundin, pinapayagan ka ng mga laser sa medisina na lumikha ng mataas na kapangyarihan. Ang sinag ng enerhiya ay maaaring puro sa isang napakaliit na punto, dahil sa kung saan ang mataas na density nito ay nakamit. Ang mga pag-aari na ito ay humantong sa katotohanan na ngayon ang mga laser ay ginagamit sa maraming lugar ng mga medikal na diagnostic, therapy at operasyon.
Paggamot sa balat at mata
Ang paggamit ng mga laser sa medisina ay nagsimula sa ophthalmology at dermatology. QuantumAng generator ay binuksan noong 1960. At makalipas ang isang taon, ipinakita ni Leon Goldman kung paano magagamit ang ruby red laser sa gamot para alisin ang capillary dysplasia, isang uri ng birthmark, at melanoma.
Ang application na ito ay batay sa kakayahan ng magkakaugnay na pinagmumulan ng radiation na gumana sa isang tiyak na haba ng daluyong. Ang magkakaugnay na pinagmumulan ng radiation ay malawakang ginagamit ngayon upang alisin ang mga tumor, tattoo, buhok at nunal.
Ang mga laser na may iba't ibang uri at wavelength ay ginagamit sa dermatology, dahil sa iba't ibang uri ng mga sugat na ginagamot at ang pangunahing sumisipsip na substance sa loob ng mga ito. Ang wavelength ay depende rin sa uri ng balat ng pasyente.
Ngayon, hindi maaaring magsanay ng dermatology o ophthalmology nang walang mga laser, dahil sila ang naging pangunahing tool sa pagpapagamot ng mga pasyente. Ang paggamit ng mga quantum generator para sa vision correction at malawak na hanay ng mga ophthalmic application ay lumago matapos si Charles Campbell ang naging unang manggagamot na gumamit ng red laser sa medisina noong 1961 upang gamutin ang isang pasyente na may retinal detachment.
Mamaya, para sa layuning ito, nagsimulang gumamit ang mga ophthalmologist ng argon na pinagmumulan ng magkakaugnay na radiation sa berdeng bahagi ng spectrum. Dito, ang mga katangian ng mata mismo, lalo na ang lens nito, ay ginamit upang ituon ang sinag sa lugar ng retinal detachment. Literal na hinahawakan siya ng sobrang puro kapangyarihan ng device.
Ang mga pasyenteng may ilang uri ng macular degeneration ay maaaring makinabang sa laser surgery – laser photocoagulation at photodynamic therapy. Sa unang pamamaraan, ang sinag ng magkakaugnayAng radiation ay ginagamit upang i-seal ang mga daluyan ng dugo at pabagalin ang kanilang pathological na paglaki sa ilalim ng macula.
Ang mga katulad na pag-aaral ay ginawa noong 1940s na may sikat ng araw, ngunit kailangan ng mga doktor ang mga natatanging katangian ng mga quantum generator upang matagumpay na makumpleto ang mga ito. Ang susunod na paggamit ng argon laser ay upang ihinto ang panloob na pagdurugo. Ang piniling pagsipsip ng berdeng ilaw ng hemoglobin, isang pigment sa mga pulang selula ng dugo, ay ginamit upang harangan ang pagdurugo ng mga daluyan ng dugo. Upang gamutin ang cancer, sinisira nila ang mga daluyan ng dugo na pumapasok sa tumor at binibigyan ito ng mga sustansya.
Hindi ito makakamit gamit ang sikat ng araw. Ang gamot ay napakakonserbatibo, tulad ng nararapat, ngunit ang mga pinagmumulan ng magkakaugnay na radiation ay nakakuha ng pagtanggap sa iba't ibang larangan. Pinalitan ng mga laser sa medisina ang maraming tradisyonal na instrumento.
Ang Ophthalmology at dermatology ay nakinabang din mula sa excimer sources ng coherent UV radiation. Ang mga ito ay naging malawakang ginagamit para sa corneal reshaping (LASIK) para sa pagwawasto ng paningin. Ang mga laser sa aesthetic na gamot ay ginagamit upang alisin ang mga mantsa at kulubot.
Mga kumikitang cosmetic surgery
Ang ganitong mga teknolohikal na pag-unlad ay hindi maiiwasang patok sa mga komersyal na mamumuhunan, dahil mayroon silang malaking potensyal para sa kita. Ang Analytical company na Medtech Insight noong 2011 ay tinantiya ang laki ng market para sa laser beauty equipment sa higit sa 1 bilyong US dollars. Sa katunayan, sa kabilabumababa sa pangkalahatang pangangailangan para sa mga medikal na sistema sa panahon ng pandaigdigang paghina, ang mga quantum generator-based cosmetic surgeries ay patuloy na tumatangkilik ng malakas na pangangailangan sa United States, ang nangingibabaw na merkado para sa mga laser system.
Visualization at diagnostics
Ang mga laser sa medisina ay may mahalagang papel sa maagang pagtuklas ng cancer, gayundin sa maraming iba pang sakit. Halimbawa, sa Tel Aviv, isang grupo ng mga siyentipiko ang naging interesado sa IR spectroscopy gamit ang infrared na pinagmumulan ng magkakaugnay na radiation. Ang dahilan nito ay ang kanser at malusog na tissue ay maaaring may magkaibang infrared permeability. Ang isa sa mga promising application ng paraang ito ay ang pagtuklas ng mga melanoma. Sa kanser sa balat, ang maagang pagsusuri ay napakahalaga para sa kaligtasan ng pasyente. Sa kasalukuyan, ang pagtuklas ng melanoma ay ginagawa sa pamamagitan ng mata, kaya nananatili itong umasa sa kakayahan ng doktor.
Sa Israel, bawat tao ay maaaring pumunta para sa isang libreng screening ng melanoma isang beses sa isang taon. Ilang taon na ang nakalipas, isinagawa ang mga pag-aaral sa isa sa mga pangunahing sentrong medikal, bilang resulta kung saan naging posible na malinaw na obserbahan ang pagkakaiba sa hanay ng infrared sa pagitan ng mga potensyal, ngunit hindi mapanganib na mga senyales, at tunay na melanoma.
Katzir, ang tagapag-ayos ng unang kumperensya ng SPIE sa biomedical optics noong 1984, at ang kanyang grupo sa Tel Aviv ay nakabuo din ng mga optical fiber na transparent sa mga infrared na wavelength, na nagpapahintulot sa pamamaraan na mapalawak sa mga panloob na diagnostic. Bilang karagdagan, maaari itong maging isang mabilis at walang sakit na alternatibo sa isang cervical smear inginekolohiya.
Ang asul na semiconductor laser sa medisina ay nakahanap ng aplikasyon sa fluorescence diagnostics.
Systems na nakabatay sa mga quantum generator ay nagsisimula na ring palitan ang X-ray, na tradisyonal na ginagamit sa mammography. Ang mga X-ray ay nagpapakita sa mga manggagamot ng isang mahirap na problema: kailangan nila ng mataas na intensity upang mapagkakatiwalaang makita ang mga kanser, ngunit ang pagtaas ng radiation mismo ay nagpapataas ng panganib ng kanser. Bilang kahalili, pinag-aaralan ang posibilidad ng paggamit ng napakabilis na laser pulse para ilarawan ang dibdib at iba pang bahagi ng katawan, gaya ng utak.
OCT para sa mga mata at higit pa
Nagamit ang mga laser sa biology at medisina sa optical coherence tomography (OCT), na nagdulot ng matinding sigasig. Ang imaging technique na ito ay gumagamit ng mga katangian ng isang quantum generator at maaaring magbigay ng napakalinaw (sa pagkakasunud-sunod ng isang micron), cross-sectional at three-dimensional na mga larawan ng biological tissue sa real time. Ginagamit na ang OCT sa ophthalmology, at maaari, halimbawa, payagan ang isang ophthalmologist na makita ang isang cross section ng kornea upang masuri ang mga sakit sa retinal at glaucoma. Ngayon, ang pamamaraan ay nagsisimula nang gamitin sa iba pang larangan ng medisina.
Ang isa sa mga pinakamalaking field na umuusbong mula sa OCT ay ang fiber optic imaging ng mga arterya. Maaaring gamitin ang optical coherence tomography upang suriin ang isang pumutok na hindi matatag na plaka.
Microscopy ng mga buhay na organismo
Laser sa agham, teknolohiya, gamot ay naglalaro dinisang mahalagang papel sa maraming uri ng mikroskopya. Ang isang malaking bilang ng mga pag-unlad ay ginawa sa lugar na ito, ang layunin nito ay upang mailarawan kung ano ang nangyayari sa loob ng katawan ng pasyente nang hindi gumagamit ng scalpel.
Ang pinakamahirap na bahagi sa pag-alis ng cancer ay ang pangangailangang patuloy na gumamit ng mikroskopyo upang matiyak ng surgeon na ang lahat ay ginagawa nang tama. Ang kakayahang gumawa ng live at real-time na microscopy ay isang makabuluhang pag-unlad.
Ang isang bagong aplikasyon ng mga laser sa engineering at medisina ay ang near-field scanning ng optical microscopy, na maaaring makabuo ng mga larawang may resolution na mas mataas kaysa sa mga karaniwang microscope. Ang pamamaraang ito ay batay sa mga optical fiber na may mga notches sa mga dulo, ang mga sukat nito ay mas maliit kaysa sa wavelength ng liwanag. Pinagana nito ang subwavelength imaging at inilatag ang pundasyon para sa imaging biological cells. Ang paggamit ng teknolohiyang ito sa mga IR laser ay magbibigay-daan sa mas mahusay na pag-unawa sa Alzheimer's disease, cancer at iba pang mga pagbabago sa mga cell.
PDT at iba pang paggamot
Ang mga pag-unlad sa larangan ng optical fibers ay nakakatulong na palawakin ang mga posibilidad ng paggamit ng mga laser sa ibang mga lugar. Bilang karagdagan sa katotohanan na pinapayagan nila ang mga diagnostic sa loob ng katawan, ang enerhiya ng magkakaugnay na radiation ay maaaring ilipat sa kung saan ito kinakailangan. Maaari itong magamit sa paggamot. Ang mga fiber laser ay nagiging mas advanced. Talagang babaguhin nila ang gamot sa hinaharap.
Field ng photomedicine gamit ang photosensitive na kemikalang mga sangkap na nakikipag-ugnayan sa katawan sa isang partikular na paraan ay maaaring gumamit ng mga quantum generator para masuri at magamot ang mga pasyente. Sa photodynamic therapy (PDT), halimbawa, ang isang laser at isang photosensitive na gamot ay maaaring magpanumbalik ng paningin sa mga pasyenteng may "basa" na anyo ng macular degeneration na nauugnay sa edad, ang pangunahing sanhi ng pagkabulag sa mga taong lampas sa edad na 50.
Sa oncology, naiipon ang ilang partikular na porphyrin sa mga selula ng cancer at nag-fluoresce kapag naiilaw sa isang partikular na wavelength, na nagpapahiwatig ng lokasyon ng tumor. Kung ang parehong mga compound na ito ay iluminado ng ibang wavelength, nagiging lason ang mga ito at papatayin ang mga nasirang cell.
Ang red gas helium-neon laser ay ginagamit sa gamot sa paggamot ng osteoporosis, psoriasis, trophic ulcers, atbp., dahil ang dalas na ito ay mahusay na nasisipsip ng hemoglobin at mga enzyme. Pinapabagal ng radiation ang pamamaga, pinipigilan ang hyperemia at pamamaga, at pinapabuti ang sirkulasyon ng dugo.
Personalized na paggamot
Ang genetic at epigenetics ay dalawang iba pang lugar kung saan maaaring gamitin ang mga laser.
Sa hinaharap, ang lahat ay mangyayari sa nanoscale, na magpapahintulot sa amin na gumawa ng gamot sa sukat ng cell. Ang mga laser na maaaring makabuo ng mga femtosecond pulse at tumutugon sa mga partikular na wavelength ay mainam na kasosyo para sa mga medikal na propesyonal.
Bubuksan nito ang pinto para sa personalized na paggamot batay sa indibidwal na genome ng pasyente.
Leon Goldman - ang nagtataggamot sa laser
Sa pagsasalita tungkol sa paggamit ng mga quantum generator sa paggamot ng mga tao, hindi maaaring hindi mabanggit ng isa si Leon Goldman. Kilala siya bilang "ama" ng laser medicine.
Isang taon na pagkatapos maimbento ang magkakaugnay na pinagmumulan ng radiation, si Goldman ang naging unang mananaliksik na gumamit nito upang gamutin ang sakit sa balat. Ang pamamaraan na ginamit ng siyentipiko ay nagbigay daan para sa kasunod na pag-unlad ng laser dermatology.
Ang kanyang pananaliksik noong kalagitnaan ng 1960s ay humantong sa paggamit ng ruby quantum generator sa retinal surgery at mga pagtuklas tulad ng kakayahan ng magkakaugnay na radiation na sabay na maghiwa ng balat at mag-seal ng mga daluyan ng dugo, na nililimitahan ang pagdurugo.
Goldman, isang dermatologist sa University of Cincinnati para sa halos lahat ng kanyang karera, itinatag ang American Society for Lasers in Medicine and Surgery at tumulong na ilatag ang pundasyon para sa kaligtasan ng laser. Namatay noong 1997
Miniaturization
Ang unang 2-micron na quantum generator ay kasing laki ng double bed at pinalamig ng likidong nitrogen. Ngayon, lumitaw ang mga diode laser na kasing laki ng palad at kahit na mas maliliit na fiber laser. Ang mga pagbabagong ito ay nagbibigay daan para sa mga bagong aplikasyon at pagpapaunlad. Ang gamot sa hinaharap ay magkakaroon ng maliliit na laser para sa operasyon sa utak.
Dahil sa pag-unlad ng teknolohiya, may patuloy na pagbawas sa mga gastos. Kung paanong naging pangkaraniwan na ang mga laser sa mga gamit sa bahay, nagsimula na silang gumanap ng mahalagang papel sa mga kagamitan sa ospital.
Kung ang mga naunang laser sa medisina ay napakalaki atkumplikado, ang produksyon ngayon mula sa optical fiber ay makabuluhang nabawasan ang gastos, at ang paglipat sa nanoscale ay magbabawas ng mga gastos nang higit pa.
Iba pang gamit
Nagagamot ng mga urologist ang urethral stricture, benign warts, urinary stones, bladder contracture at prostate enlargement gamit ang lasers.
Ang paggamit ng laser sa medisina ay nagbigay-daan sa mga neurosurgeon na gumawa ng mga tumpak na paghiwa at endoscopic na pagsusuri ng utak at spinal cord.
Gumagamit ang mga beterinaryo ng mga laser para sa endoscopic procedure, tumor coagulation, incisions at photodynamic therapy.
Gumagamit ang mga dentista ng magkakaugnay na radiation para sa paggawa ng butas, pagtitistis ng gilagid, mga antibacterial procedure, dental desensitization at oro-facial diagnostics.
Laser tweezers
Ang mga biomedical na mananaliksik sa buong mundo ay gumagamit ng optical tweezers, cell sorter, at marami pang ibang tool. Ang mga laser tweezers ay nangangako ng mas mahusay at mas mabilis na pag-diagnose ng cancer at ginamit ito para makuha ang mga virus, bacteria, maliliit na metal particle at DNA strands.
Sa optical tweezers, ginagamit ang isang sinag ng magkakaugnay na radiation para hawakan at paikutin ang mga mikroskopiko na bagay, katulad ng kung paano nakakakuha ng maliliit at marupok na bagay ang mga metal o plastik na sipit. Ang mga indibidwal na molekula ay maaaring manipulahin sa pamamagitan ng paglakip sa kanila sa mga slide na may laki ng micron o polystyrene beads. Kapag ang sinag ay tumama sa bola, itocurves at may bahagyang impact, na itinutulak ang bola diretso sa gitna ng beam.
Ito ay lumilikha ng isang "optical trap" na nakakapag-trap ng isang maliit na butil sa isang sinag ng liwanag.
Laser sa medisina: mga kalamangan at kahinaan
Ang enerhiya ng magkakaugnay na radiation, ang intensity nito ay maaaring modulate, ay ginagamit upang putulin, sirain o baguhin ang cellular o extracellular na istraktura ng biological tissues. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga laser sa gamot, sa madaling salita, ay binabawasan ang panganib ng impeksyon at pinasisigla ang pagpapagaling. Ang paggamit ng mga quantum generator sa operasyon ay nagpapataas ng katumpakan ng dissection, gayunpaman, ang mga ito ay mapanganib para sa mga buntis na kababaihan at may mga kontraindikasyon para sa paggamit ng mga photosensitizing na gamot.
Ang kumplikadong istraktura ng mga tisyu ay hindi nagpapahintulot para sa isang hindi malabo na interpretasyon ng mga resulta ng mga klasikal na biological na pagsusuri. Ang mga laser sa medisina (larawan) ay isang mabisang kasangkapan para sa pagkasira ng mga selula ng kanser. Gayunpaman, ang mga makapangyarihang mapagkukunan ng magkakaugnay na radiation ay kumikilos nang walang pinipili at sinisira hindi lamang ang mga apektado, kundi pati na rin ang mga nakapaligid na tisyu. Ang property na ito ay isang mahalagang tool sa microdissection technique na ginagamit upang magsagawa ng molecular analysis sa isang site ng interes na may kakayahang piliing sirain ang labis na mga cell. Ang layunin ng teknolohiyang ito ay upang malampasan ang heterogeneity na naroroon sa lahat ng biological na tisyu upang mapadali ang kanilang pag-aaral sa isang mahusay na tinukoy na populasyon. Sa ganitong kahulugan, ang laser microdissection ay gumawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-unlad ng pananaliksik, sa pag-unawamga mekanismo ng pisyolohikal na ngayon ay malinaw na maipapakita sa antas ng isang populasyon at kahit isang cell.
Ang functionality ng tissue engineering ngayon ay naging isang pangunahing salik sa pag-unlad ng biology. Ano ang mangyayari kung ang mga hibla ng actin ay pinutol sa panahon ng paghahati? Magiging matatag ba ang isang Drosophila embryo kung ang cell ay nawasak habang natitiklop? Ano ang mga parameter na kasangkot sa meristem zone ng isang halaman? Lahat ng isyung ito ay malulutas sa mga laser.
Nanomedicine
Kamakailan, maraming nanostructure ang lumitaw na may mga katangiang angkop para sa isang hanay ng mga biological application. Ang pinakamahalaga sa kanila ay:
- Ang quantum dots ay maliliit na nanometer-sized na light-emitting particle na ginagamit sa napakasensitibong cellular imaging;
- magnetic nanoparticle na nakitaan ng aplikasyon sa medikal na kasanayan;
- polymer particle para sa encapsulated therapeutic molecule;
- metal nanoparticle.
Ang pag-unlad ng nanotechnology at ang paggamit ng mga laser sa medisina, sa madaling salita, ay nagbago ng paraan ng pangangasiwa ng mga gamot. Maaaring pataasin ng mga pagsususpinde ng mga nanoparticle na naglalaman ng mga gamot ang therapeutic index ng maraming compound (pataasin ang solubility at efficacy, bawasan ang toxicity) sa pamamagitan ng piling pag-apekto sa mga apektadong tissue at cell. Inihahatid nila ang aktibong sangkap at kinokontrol din ang paglabas ng aktibong sangkap bilang tugon sa panlabas na pagpapasigla. Ang Nanotheranostics ay higit paisang pang-eksperimentong diskarte na nagbibigay-daan sa dalawahang paggamit ng mga nanoparticle, tambalang gamot, therapy at diagnostic imaging tool, na nagbubukas ng daan sa personalized na paggamot.
Ang paggamit ng mga laser sa medisina at biology para sa microdissection at photoablation ay naging posible upang maunawaan ang mga pisyolohikal na mekanismo ng pag-unlad ng sakit sa iba't ibang antas. Ang mga resulta ay makakatulong na matukoy ang pinakamahusay na mga paraan ng diagnosis at paggamot para sa bawat pasyente. Ang pag-unlad ng nanotechnology na may malapit na koneksyon sa mga pagsulong sa imaging ay kailangang-kailangan din. Ang Nanomedicine ay isang bagong paraan ng paggamot para sa ilang partikular na kanser, nakakahawang sakit o diagnostic.
