Lazeriai plastikine chirurgija

Praėjusio amžiaus pradžioje leidinyje "Kvantinė radiacijos teorija" Einšteinas teoriškai pagrįsti procesus, kurie turi įvykti, kai lazeris skleidžia energiją. Maimanas 1960 m. Pastatė pirmąjį lazerį. Nuo to laiko sparčiai plėtojamos lazerio technologijos, sukuriamos įvairios lazeriai, apimantys visą elektromagnetinį spektrą. Tada jie sujungti su kitomis technologijomis, įskaitant vizualizavimo sistemas, robotikus ir kompiuterius, siekiant pagerinti lazerio spinduliuotės perdavimo tikslumą. Dėl bendradarbiavimo fizikos ir bioinžinerijos srityje medicinos lazeriai kaip terapiniai agentai tapo svarbia chirurgų arsenalo dalimi. Iš pradžių jie buvo sudėtingi ir juos naudojo tik chirurgai, specialiai parengti lazerių fizikai. Per pastaruosius 15 metų medicininių lazerių dizainas išryškėjo lengvumo kryptimi, o daugelis chirurgų studijavo lazerinės fizikos pamokas antrosios pakopos studijas.

Šiame straipsnyje aptariama: lazerių biofizika; audinių sąveika su lazerio spinduliuote; šiuo metu plastikinėje ir rekonstruotoje chirurgijoje naudojami prietaisai; bendrieji saugos reikalavimai dirbant su lazeriais; klausimai apie tolesnį lazerių naudojimą intervencijose į odą.

Lazerio biofizika

Lazeriai skleidžia šviesos energiją, kuri juda bangos, panašios į įprastą šviesą. Bangos ilgis yra atstumas tarp dviejų gretimų bangų aukščių. Amplitudė yra didžiausio dydžio reikšmė, lemia šviesos spinduliavimo intensyvumą. Dažnio ar šviesos bangos periodas yra laikas, reikalingas vienam visiškam bangos ciklui. Norėdami suprasti lazerio efektą, svarbu atsižvelgti į kvantinę mechaniką. Terminas "lazeris" (LASER) yra frazės "šviesos stiprinimas stimuliuoto spinduliavimo būdu" santrumpa. Jei fotonų energija šviesos vieneto susiduria su atomo, ji verčia iš vieno atomo elektronų į aukštesnį energijos lygį. Atomas tokioje susijaudinusiose būsenose tampa nestabilus ir vėl išskleidžia fotoną, kai elektronas praeina į pradinį, mažesnį energijos lygį. Šis procesas vadinamas spontančiu emisija. Jei atomas yra aukštos būklę ir susiduria su kitu fotonų, tada pereiti prie mažo energijos lygį, ji bus skirti du papildomus fotonų, kad turi tokią pačią bangos ilgio, kryptį ir fazę. Šis procesas, vadinamas stimuliuotu spinduliuotės spinduliuote, yra lazerio fizikos supratimas.

Nepriklausomai nuo tipo, visi lazeriai turi keturis pagrindinius komponentus: įdomų mechanizmą arba energijos šaltinį, lazerinę terpę, optinę ertmę ar rezonatorių ir išmetimo sistemą. Dauguma medicininių lazerių, naudojamų veido plastikine chirurgija, turi elektrinį sužadinimo mechanizmą. Kai kurie lazeriai (pvz., Dažymo lazeris, sužadintas blykstės lempa), kaip sužadinimo mechanizmas, naudoja šviesą. Kiti gali panaudoti energiją radijo bangomis ar cheminėmis reakcijomis, kad užtikrintų energiją sužadinimo. Paleidimo mechanizmas energiją pumpuoja į rezonansinę kamerą, kurioje yra lazerio terpė, kuri gali būti kieta, skystoji, dujinė ar pusiau laidžioji medžiaga. Energija, išsiskirianti į rezonatoriaus ertmę, kelia lazerio terpės atomų elektronus aukštesniu energijos lygiu. Kai pusė atomų rezonatoriuje pasiekia didelį sužadinimą, įvyksta gyventojų inversija. Spontaninė emisija prasideda, kai fotonai išsiskleidžia visomis kryptimis, o kai kurios iš jų susiduria su jau sužadintais atomais, o tai skatina išmesti poras fotonų. Stimuliuotos emisijos amplifikacija pasireiškia tada, kai fotonai, judantys ašiai tarp veidrodžių, daugiausiai atsispindi pirmyn ir atgal. Tai veda prie paskesnio stimuliavimo, nes šie fotonai susiduria su kitais susijaudintaisiais atomais. Vienas veidrodis turi 100% atspindį, o kitas - iš dalies perduoda spinduliuojamą energiją iš ertmės kameros. Ši energija perduodama biologiniams audiniams pagal išmetimo sistemą. Daugumoje lazerių ji yra šviesolaidinė. Įsimintina išimtis yra C02 lazeris, turintis veidrodžių sistemą ant šarnyne esančio baro. C02 lazeriui yra optinių skaidulų, tačiau jie riboja vietoje dydį ir išėjimo energiją.

Lazerio šviesa, lyginant su įprasta šviesa, yra labiau organizuota ir kokybiškai intensyvi. Kadangi lazerio terpė yra vienalytė, fotonai, išsiskiriantys stimuliuotam teršalų išmetimui, turi vieną bangos ilgį, kuris sukuria monochromatumą. Paprastai šviesa smarkiai išsiskleidžia, nes ji juda nuo šaltinio. Lazerinė lemputė yra kolimuojama: ji mažai išsklaido, užtikrinant nuolatinį energijos intensyvumą dideliu atstumu. Lazerio šviesos fotonai ne tik judinami viena kryptimi, jie turi tą pačią laikinąją ir erdvinę fazę. Tai vadinama nuoseklumu. Monochromatumo, kolimacijos ir darnos savybės atskiria lazerio šviesą nuo sutrikusios įprastos šviesos energijos.

Lazerio ir audinio sąveika

Lazerinių efektų spektras biologiniams audiniams yra nuo biologinių funkcijų moduliacijos iki garavimo. Dauguma kliniškai naudotų lazerio ir audinių sąveikų apima terminį koaguliaciją arba garavimą. Ateityje lazerius galima naudoti ne kaip šilumos šaltinius, bet kaip zondus, skirtus kontroliuoti ląstelių funkcijas be šalutinio citotoksinio poveikio.

Paprasto lazerio poveikis audiniui priklauso nuo trijų veiksnių: audinių absorbcijos, lazerio bangos ilgio ir lazerio energijos tankio. Kai lazerio spindulys susiduria su audiniu, jo energija gali būti absorbuojama, atspindėta, perduodama ar išsklaidyta. Su bet kokia audinio ir lazerio sąveika visi keturi procesai įvyksta skirtingais laipsniais, kurių absorbcija yra svarbiausia. Absorbcijos laipsnis priklauso nuo chromoforos kiekio audinyje. Chromoforai yra medžiagos, kurios efektyviai sugeria tam tikro ilgio bangas. Pavyzdžiui, CO2 lazerio energija absorbuojama kūno minkštųjų audinių. Taip yra dėl to, kad bangos ilgis, atitinkantis C02, gerai absorbuojamas vandens molekulėmis, kurios sudaro 80% minkštųjų audinių. Priešingai, kaulų absorbuojamas C02 lazeris, kuris yra dėl mažo vandens kiekio kaulinio audinio. Iš pradžių, kai audinys sugeria lazerio energiją, jo molekulės pradeda vibraciją. Papildomos energijos sugėrimas sukelia denatūravimą, krešėjimą ir, galiausiai, baltymų išgarinimą (išgarinimą).

Kai lazerio energija atsispindi audinyje, pastaroji nėra pažeista, nes keičiasi radiacijos kryptis ant paviršiaus. Be to, jei lazerio energija praeina per paviršinius audinius į giluminį sluoksnį, tarpinis audinys nėra paveiktas. Jei lazerio spinduliuotė sklinda į audinį, energija ant paviršiaus neabsorbuojasi, bet atsitiktinai pasiskirsto giliuose sluoksniuose.

Trečias faktorius, susijęs su audinių sąveika su lazeriu, yra energijos tankis. Kai lazeris ir audinys sąveikauja, kai visi kiti veiksniai yra pastovūs, keičiantis vietos ar ekspozicijos laiko dydis gali paveikti audinių būklę. Jei lazerio ploto spindulio dydis mažėja, tam tikro audinio tūris padidina energiją. Ir atvirkščiai, jei spindulių dydis didėja, lazerio spindulių energijos tankis mažėja. Norėdami pakeisti vietos dydį, galite sufokusuoti, iš anksto fokusuoti arba išfokusuoti išvesties sistemą ant audinio. Spindulių iš anksto sufokusuodami ir defociuojantys, spindulių dydis yra didesnis už tikslinį spindulį, dėl kurio mažesnės galios tankis.

Kitas būdas keisti audinių poveikį yra lazerio energijos pulsacija. Visi impulsiniai radijo dažnio intermitiniai įjungimo ir išjungimo periodai. Kadangi energija nepasiekia audinio išjungimo metu, galima išsklaidyti šilumą. Jei išjungimo laikotarpiai yra ilgesni negu tikslinio audinio terminis atsipalaidavimo laikas, sumažėja šilumos laidumo sugedimo aplinkinių audinių tikimybė. Šilumos atsipalaidavimo laikas - tai laikas, kurio reikia norint išgauti pusę objekto šilumos. Aktyviojo atotrūkio trukmės ir aktyviojo bei pasyviojo pulsacijos intervalų sumos santykis vadinamas darbo ciklu.

Veikimo ciklas = įjungta / išjungta + išjungta

Yra įvairūs impulsiniai režimai. Energiją galima pagaminti partijose, nustatant lazerio spinduliuotės periodą (pvz., OD c). Energija gali persidengti, kai tam tikrais intervalais mechaninė užraktas blokuoja pastovią bangą. Super impulso režimu energija nėra tiesiog užblokuota, bet saugoma lazerio energijos šaltinyje per išjungimo laikotarpį, o tada išmetama per laikotarpį. Tai reiškia, kad didžiausioji energija super impulso režimu yra gerokai didesnė negu pastovios arba pertvaros režimu.

Lazerio, generuojančio milžinišką impulsų režimą, energija taip pat saugoma išjungimo laikotarpiu, bet lazerio aplinkoje. Tai pasiekiama naudojant amortizatoriaus mechanizmą ertmės kameroje tarp dviejų veidrodžių. Uždaroji sklendė neleidžia generuoti lazerio, bet leidžia saugoti energiją kiekvienoje sklendės pusėje. Kai atverčiamas atvamzdis, veidrodžiai sąveikauja, todėl susidaro didelės energijos lazerio spindulys. Didžioji impulsų režimo generuojanti lazerio energija yra labai didelė, o trumpas darbo ciklas. Sinchronizuotų režimų lazeris yra panašus į lazerį, kuris generuoja milžinišką impulsų režimą, nes tarp dviejų veidrodžių tarpinės kameroje yra sklendė. Sinchronizuotų režimų lazeris atveria ir uždaro daviklį sinchronizuojant su laiko tarpu, kuris atspindi šviesą tarp dviejų veidrodžių.

Lazerių charakteristikos

• Anglies dioksido lazeris

Anglies dioksido lazeris dažniausiai naudojamas otorinolaringologijoje / galvos ir kaklo chirurgijoje. Jo bangos ilgis yra 10,6 nm - elektromagnetinės spinduliuotės spektro tolimosios infraraudonosios spinduliuotės nematoma banga. Reikia, kad chirurgas pamatytų įtakos sritį po to, kai spinduliuojamas helio neono lazeris. Lazerio terpė yra C02. Jo bangos ilgis gerai sugeria audinių vandens molekules. Poveikis yra paviršutiniškas dėl didelės absorbcijos ir minimalios dispersijos. Spinduliavimas gali būti perduodamas tik per veidrodžius ir specialius lęšius, dedamus ant šarnyrinio strypo. Sraigtasparnis gali būti pritvirtintas prie mikroskopo, kad būtų galima tiksliai dirbti padidinus. Energiją taip pat galima išmesti per fokusavimo rankeną, pritvirtintą prie vyriai.

• Nd: YAG lazeris

Nd: YAG (itrio-aliuminio granato su neodimiu) lazerio bangos ilgis yra 1064 nm, tai yra, artimiausio infraraudonojo spindulio srityje. Tai nematoma žmogaus akiai ir reikalingas susižavėjęs helio-neono lazerinis spindulys. Lazerio terpė yra itrio ir aliuminio granatas su neodimiu. Dauguma kūno audinių gerai nesugeria šio bangos ilgio. Tačiau pigmentinis audinys jį sugeria geriau negu nemodifikuotas. Energija perduodama per daugelio audinių paviršiaus sluoksnius ir yra išskaidyta giliuose sluoksniuose.

Palyginti su anglies dioksido lazeriu, Nd: YAG išsisklaidymas yra daug didesnis. Todėl skvarbumo gylis yra didesnis, o Nd: YAG gerai tinka giliai meluojančių indų suirimui. Eksperimento metu didžiausias koaguliacijos gylis yra apie 3 mm (krešėjimo temperatūra +60 ° C). Buvo pranešta apie gerus giliųjų perioralių kapiliarų ir kapsulių formavimosi gydymo rezultatus naudojant Nd: YAG lazerį. Taip pat pateikiama ataskaita apie sėkmingą lazerinę fotokoaguliaciją su hemangiomais, limfangiomomis ir įgimtais arterioveniniu formavimu. Tačiau didesnis skvarbos gylis ir netinkamas sunaikinimas skatina pooperacinių randų padidėjimą. Klinikiniu požiūriu tai sumažina saugios galios nustatymai, taškas požymis į protrūkį ir odos sričių vengimas. Praktikoje tamsiai raudonos Nd: YAG lazerio naudojimas buvo praktiškai pakeistas lazeriais, kurių bangos ilgis yra geltonoje spektro dalyje. Tačiau jis naudojamas kaip pagalbinis lazeris tamsiai raudonos spalvos mazgų formavimui (uosto spalva).

Buvo įrodyta, kad Nd: YAG lazeris slopina kolageno gamybą tiek fibroblasto kultūroje, tiek normalioje odoje in vivo. Tai rodo šio lazerio sėkmę hipertrofinių randų ir keloidų gydymui. Tačiau kliniškai recidyvo dažnis po keloidų yra didelis, nepaisant galingo papildomo vietinio gydymo steroidais.

• Susisiekite su Nd: YAG lazeriu

Nd: YAG lazerio naudojimas sąlyčio režime žymiai keičia radiacijos fizines savybes ir absorbciją. Kontaktinis antgalis susideda iš safyro arba kvarco kristalo, tiesiogiai prijungto prie lazerinio pluošto galo. Kontaktinis antgalis tiesiogiai sąveikauja su oda ir veikia kaip šiluminis skalpelis, tuo pačiu metu pjaustoma ir koaguliuojama. Yra pranešimų apie kontaktinio patarimo naudojimą su įvairiomis minkštųjų audinių intervencinėmis priemonėmis. Šios paraiškos arčiau elektrokoaguliacijos nei nekontaktiniai Nd: YAG. Iš esmės chirurgai dabar naudoja lazerio specifinius bangos ilgius, o ne audinių pjovimui, o galui šildyti. Todėl čia nėra taikomi lazerio sąveikos su audiniais principai. Reakcijos laikas kontaktiniam lazeriui nėra toks tiesioginis, kaip naudojant laisvąsias šviesolaidis, taigi yra šilumos ir vėsinimo periodas. Tačiau su patirtimi šis lazeris tampa patogus paskirstyti odą ir raumenis.

• Argono lazeris

Argono lazeris skleidžia matomas bangas, kurių ilgis yra 488-514 nm. Dėl ertmės kameros konstrukcijos ir lazerinės terpės molekulinės struktūros šis lazerio tipas sukuria ilgų bangos ilgį. Individualiuose modeliuose gali būti filtras, ribojantis spinduliuotę į vieną bangos ilgį. Argono lazerio energija gerai absorbuojama hemoglobino, o jo dispersija yra tarpinė tarp anglies dioksido ir Nd: YAG lazerio. Argoninio lazerio spinduliuotės sistema yra šviesolaidinis nešiklis. Dėl didelės hemoglobino absorbcijos, odos kraujagyslių neoplazmos absorbuoja lazerio energiją.

• KTP lazeris

TFC (kalio titanilo fosfatas) lazeris yra Nd: YAG lazeris, kurio dažnis yra dvigubai (bangos ilgis perpus), praleidžiant lazerio energiją per K T V kristalai. Tai suteikia žalią šviesą (bangos ilgis 532 nm), kuri atitinka hemoglobino absorbcijos smailę. Jo įsiskverbimas į audinius ir išsisklaidymas yra panašus į argono lazerį. Lazerio energija perduodama pluoštu. Nekontaktiniame režime lazeris išgaruoja ir koaguliuoja. Pusiau kontakto režimu, pluošto galas vos paliečia audinį ir tampa pjovimo įrankiu. Kuo daugiau energijos naudojamas, tuo daugiau lazeris veikia kaip terminis peilis, panašus į anglies rūgšties lazerį. Įrenginiai su mažesne energija pirmiausia naudojami koaguliacijai.

• Dažų lazeris, sužadintas blykstės lempa

Blykstės lempos sužadintas dažiklio lazeris buvo pirmasis medicininis lazeris, specialiai sukurtas odos gerybinių kraujagyslių navikų gydymui. Tai matomas šviesos lazeris su 585 nm bangos ilgiu. Šis bangos ilgis sutampa su trečia oksiglohemoglobino absorbcijos viršija, todėl šio lazerio energija daugiausia absorbuojama hemoglobino. 577-585 nm diapazone taip pat yra mažiau absorbcijos konkuruojančių chromoforų, tokių kaip melaninas, ir mažiau lazerio energijos išsisklaidymo dermoje ir epidermyje. Lazerio terpė yra radamino spalva, kurią optiškai sužadina blykstės lempa, o radiacijos sistema yra šviesolaidinis nešiklis. Dažų lazerio antgalis turi keičiamą lęšio sistemą, kuri leidžia sukurti 3, 5, 7 arba 10 mm dydžio tašką. Lazonas pulsuoja 450 ms laikotarpiu. Šis pulsacinis indeksas buvo pasirinktas remiantis ekantinių indų termiškai atpalaiduojančiu laiku, esančiu gerybėje odos kraujagyslių navikų.

• Vario garų lazeris

Vario garų lazeris generuoja matomą spinduliavimą, turinčią du atskirus bangos ilgius: impulsine žalia banga yra 512 nm ilgio ir impulsinė geltona banga 578 nm ilgio. Lazerio terpė yra varis, kuris yra susikaupęs (išgarintas) elektra. Pluošto skaidulų sistema perduoda energiją ant galo, kurio kintamas taško dydis yra 150-1000 μm. Ekspozicijos laikas svyruoja nuo 0,075 s iki pastovios. Laikas tarp impulsų taip pat svyruoja nuo 0,1 s iki 0,8 s. Geltonojo vario garų lazerio šviesa naudojama gerybiniams kraujagyslių pažeidimams ant veido. Žalia banga gali būti naudojama tokioms pigmentinėms formacijoms gydyti kaip strazdanos, lentigo, nevi ir keratozė.

• Neleistinas geltonas dažiklis lazeriu

Geltonos spalvos lazeris su nepakankamai bangomis yra matomas šviesos lazeris, gaminantis geltoną šviesą, kurio bangos ilgis yra 577 nm. Kaip lazeris ant dažiklio, kurį sužadina blykstė, jis sureguliuojamas keičiant dažiklį lazerio aktyvavimo kameroje. Dažiklis yra susijaudinęs argono lazeriu. Šio lazerio išmetimo sistema taip pat yra optinio pluošto kabelis, kuris gali būti sutelktas į skirtingus vietos dydžius. Lazerio šviesa gali pulsuoti naudojant mechaninį užraktą arba "Hexascanner" galą, pritvirtintą prie optinio pluošto sistemos galo. "Hexascanner" atsitiktine tvarka nukreipia lazerio energijos impulsus šešiakampio kontūro viduje. Kaip ir blykstės lempos sužadintam dažų lazeriui, ir vario garų lazeriui, geltonos spalvos lazeris su nesulaužta banga idealiai tinka gydyti gerybinius kraujagyslių pažeidimus ant veido.

• Erbio lazeris

Erbis: UAS lazeris naudoja absorbcijos spektro juostą 3000 nm vandens. Jo 2940 nm bangos ilgis atitinka šią smailę ir stipriai absorbuojamas audinių vandeniu (apie 12 kartų didesnis už anglies dioksido lazerį). Šis lazeris, skleidžiantis artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektrą, yra nematomas akims ir turi būti naudojamas su matomu kreipiamuoju pluoštu. Lazerį pumpuoja blykstės lemputė ir išmeta makro-impulsus, kurių trukmė yra 200-300 μs, kurie susideda iš mikropulso serijos. Šie lazeriai naudojami su antgaliu, pritvirtintu prie vyriai. Skaičiavimo įtaisas taip pat gali būti integruotas į sistemą, siekiant greičiau ir labiau vienodai pašalinti audinius.

• Rubino lazeris

Rubino lazeris - lazeris, pumpuojamas impulsine lempa, skleidžiančia šviesą 694 nm bangos ilgiu. Šis lazeris, esantis raudonoje spektro srityje, matomas akimis. Jis gali turėti lazerio užraktą trumpiems impulsams gaminti ir giliau įsiskverbti į audinį (giliau nei 1 mm). Ilgo impulsinio rubino lazeris yra naudojamas norint šilumos plaukų folikulus lazerio plaukų šalinimo metu. Ši lazerio spinduliuotė yra perduodama veidrodžiais ir šarnyruoto strypų sistema. Jis prastai absorbuojamas vandens, bet stipriai absorbuojamas melaninu. Skirtingi dažai, naudojami tatuiruotėms, taip pat sugeria spindulius, kurių bangos ilgis yra 694 nm.

• Aleksandrito lazeris

"Alexandrite" lazeris, tvirtas lazeris, kurį galima pripūsti blykstės lempa, turi 755 nm bangos ilgį. Šis bangos ilgis, esantis raudonoje spektro dalyje, akiai nematomas ir todėl reikalauja kreipiamojo pluošto. Jis įsisavinamas mėlynomis ir juodomis pigmentais tatuiruotėms, taip pat melaninu, bet ne hemoglobinu. Tai yra santykinai kompaktiškas lazeris, galintis perduoti spinduliuotę per lanksčią pluoštą. Lazeris prasiskverbia gana giliai, todėl patogu išimti plaukus ir tatuiruotes. Ploto dydis yra 7 ir 12 mm.

• Diodinis lazeris

Neseniai superlaidžiosios medžiagos diodai buvo tiesiogiai sujungti su optinio pluošto įtaisais, dėl kurių lazerio spinduliavimas skleidžiamas skirtingais bangos ilgiais (priklausomai nuo naudojamų medžiagų savybių). Diodiniai lazeriai išsiskiria jų veikimu. Jie gali perduoti gaunamą elektros energiją į apšvietimą su 50% efektyvumu. Šis efektyvumas, susijęs su mažiau šilumos gamybos ir įvesties galios, leidžia kompaktiškiems diodų lazeriams, kurių konstrukcija neturi didelių aušinimo sistemų. Optinė šviesa perduodama pluoštui.

• Filtruojama impulsinė lempa

Filtruotoji impulsinė lempa, naudojama plaukams pašalinti, nėra lazeris. Priešingai, tai intensyvus, nesuderintas impulsų spektras. Skleidžiant šviesą, kurio bangų ilgis yra 590-1200 nm, sistemoje naudojami kristalų filtrai. Pulso plotis ir integralus tankis, taip pat kintamasis, atitinka selektyvios fototermolizės kriterijus, pagal kuriuos šis prietaisas yra lygus plaukų šalinimo lazeriams.

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