Laserji v plastični kirurgiji

V začetku prejšnjega stoletja je v publikaciji »Kvantna teorija sevanja« Einstein teoretično utemeljil procese, ki jih je treba izvesti, ko laser oddaja energijo. Maiman je leta 1960 zgradil prvi laser. Od takrat je hiter razvoj laserske tehnologije, ki vodi do ustvarjanja različnih laserjev, ki pokrivajo celoten elektromagnetni spekter. Potem so se združili z drugimi tehnologijami, vključno s sistemi vizualizacije, robotiko in računalniki, da bi izboljšali natančnost prenosa laserskega sevanja. Zaradi sodelovanja na področju fizike in bioinženiringa so medicinski laserji kot terapevtski agenti postali pomemben del arzenala kirurgov. Sprva so bili okorni in so jih uporabljali samo kirurgi, ki so bili posebej usposobljeni za fiziko laserjev. V zadnjih 15 letih je oblikovanje medicinskih laserjev napredovalo v smeri enostavnosti uporabe in mnogi kirurgi so proučili osnove laserske fizike na podiplomskem izobraževanju.

Ta članek obravnava: biofiziko laserjev; interakcija tkiv z laserskim sevanjem; naprave, ki se trenutno uporabljajo v plastični in rekonstruktivni kirurgiji; splošne varnostne zahteve za delo z laserji; vprašanja o nadaljnji uporabi laserjev pri posegih na kožo.

Biophysics lasers

Lasers oddajajo svetlobno energijo, ki se premika v obliki valov, podobnih navadni svetlobi. Valovna dolžina je razdalja med dvema sosednjima valovoma. Amplituda je največja vrednost, določa intenziteto svetlobnega sevanje. Frekvenca ali obdobje svetlobnega valovanja je čas, potreben za celoten valovni cikel. Da bi razumeli učinek laserskega, je pomembno upoštevati kvantno mehaniko. Izraz "laser" (LASER) je okrajšava izraza "povečanje svetlobe s stimuliranim oddajanjem sevanja". Če foton, enota svetlobne energije, trči z atomom, prenese enega od elektronov atoma na višjo raven energije. Atom v takem vzbujanem stanju postane nestabilen in spet sprošča foton, ko elektron prehaja na začetno, nižjo raven energije. Ta proces je znan kot spontana emisija. Če je atom v visokem stanju in trči z drugim fotona, nato prehod na nizki ravni energije, da se dodeli dveh fotonov, ki imajo enako valovni dolžini smeri in fazo. Ta proces, ki se imenuje stimulirana emisija sevanja, temelji na razumevanju laserske fizike.

Ne glede na vrsto imajo vsi laserji štiri glavne komponente: vznemirljiv mehanizem ali vir energije, laserski medij, optično votlino ali resonator in sistem za izmet. Večina medicinskih laserjev, ki se uporabljajo v plastični kirurgiji obraza, imajo mehanizem električnega vzbujanja. Nekateri laserji (npr. Barvni laserski vzvratni lučki) uporabljajo svetlobo kot mehanizem vzbujanja. Drugi lahko uporabljajo visoko energijske radijske valove ali kemične reakcije, da zagotovijo energijo vzbujanja. Mehanizem vzbujevalca napaja energijo v resonančno komoro, ki vsebuje laserski medij, ki je lahko trdno, tekoče, plinasto ali polprevodno snov. Energija, izpuščena v votlino resonatorja, dvigne elektrone atomov laserskega medija na višjo raven energije. Ko polovica atoma v rezonatorju doseže visoko vzbujanje, pride do inverzije populacije. Spontana emisija se začne, ko se fotoni emitirajo v vseh smereh, nekateri med njimi pa se srečujejo z že vzbujenimi atomi, kar vodi k stimuliranemu oddajanju parnih fotonov. Ojačanje stimulirane emisije nastane, ko se fotoni, ki se gibljejo vzdolž osi med ogledali, odsevajo predvsem v smeri naprej in nazaj. To vodi do zaporedne stimulacije, saj se ti fotoni trčijo z drugimi vzburjenimi atomi. Eno zrcalo ima 100-odstotno refleksijo, drugo pa delno oddaja sevano energijo iz komore. Ta energija se s sistemom izmetavanja prenese v biološka tkiva. V večini laserjev je optična vlakna. Značilna izjema je laser C02, ki ima sistem zrcal na šarnirju. Za C02 laser obstajajo optična vlakna, vendar omejujejo velikost mesta in izhodno energijo.

Svetloba lasera v primerjavi z običajno svetlobo je bolj organizirana in kvalitativno intenzivna. Ker je laserski medij homogen, fotoni, ki se oddajajo pod stimulirano emisijo, imajo eno valovno dolžino, kar ustvarja monokromatiko. Svetloba se običajno močno difundira, ko se odmakne od vira. Laserska svetloba je kolimirana: manjša je oddaljena, s konstantno intenzivnostjo energije na veliki razdalji. Fotoni laserske svetlobe ne premikajo samo v eni smeri, ampak imajo isto časovno in prostorsko fazo. To imenujemo skladnost. Lastnosti monokromatnosti, kolimacije in koherence ločujejo lasersko svetlobo iz neravne energije običajne svetlobe.

Interakcija laserskega tkiva

Spekter laserskih učinkov na biološka tkiva se razteza od modulacije bioloških funkcij do izhlapevanja. Večina klinično uporabljenih interakcij laserskega tkiva vključuje termično koagulacijo ali izhlapevanje. V prihodnosti se lahko laserji uporabljajo kot viri toplote, temveč kot sonde za nadzor celičnih funkcij brez stranskih učinkov citotoksičnih učinkov.

Učinek običajnega laserja na tkivo je odvisen od treh dejavnikov: absorpcije tkiva, laserske valovne dolžine in gostote laserske energije. Ko laserski žarek trči s tkivom, se njegova energija absorbira, odbija, prenaša ali razprši. Pri vseh interakcijah tkiva in lasera se vsi štirje procesi pojavljajo v različnih stopnjah, od katerih je najpomembnejša absorpcija. Stopnja absorpcije je odvisna od vsebnosti kromofora v tkivu. Kromofori so snovi, ki učinkovito absorbirajo valove določene dolžine. Na primer energijo CO2 laserja absorbira mehka tkiva telesa. To je posledica dejstva, da valovna dolžina, ki ustreza C02, dobro absorbira molekule vode, ki predstavljajo do 80% mehkih tkiv. Nasprotno pa kostni laser absorbira C02 laser, kar je posledica nizke vsebnosti vode v kostnem tkivu. Prvotno, ko tkivo absorbira lasersko energijo, njene molekule začnejo vibrirati. Absorpcija dodatne energije povzroča denaturacijo, koagulacijo in končno izhlapevanje beljakovin (vaporizacija).

Ko lasersko energijo odseva tkivo, slednje niso poškodovane, ker se smer sevanja na površini spreminja. Tudi če laserska energija prehaja skozi površinsko tkivo v globoko plast, vmesno tkivo ne vpliva. Če laserski žarek razpade v tkivo, se energija na površini ne absorbira, temveč se naključno porazdeli v globoke plasti.

Tretji dejavnik interakcije tkiv z laserjem je gostota energije. Ko laser in tkivo interagirajo, ko so vsi ostali dejavniki konstantni, lahko spreminjanje velikosti mesta ali časa izpostavljenosti vplivata na tkivno stanje. Če se velikost kraka laserskega žarka zmanjša, se poveča moč, ki deluje na določeno količino tkiva. Nasprotno, če se velikost točke povečuje, se energijska gostota laserskega žarka zmanjša. Če želite spremeniti velikost mesta, se lahko na tkanino osredotočite, predhodno izostrite ali defokirate sistem za izmet. S predfokusom in defokusiranjem žarkov je velikost mesta večja od usmerjenega žarka, kar ima za posledico manjšo gostoto moči.

Drug način za spremembo tkivnih učinkov je pulzacija laserske energije. Vsi impulzni načini vklopa in izklopa vklopnih časov. Ker energija med obdobjem zaustavitve ne doseže tkiva, je možno toplotno odvajanje. Če so obdobja za zaustavitev daljša od termičnega časa sprostitve ciljnega tkiva, se verjetnost poškodbe okoliškega tkiva s toplotno prevodnostjo zmanjša. Termični čas sprostitve je čas, potreben za odvajanje polovice toplote predmeta. Razmerje trajanja aktivne vrzeli na vsoto aktivnih in pasivnih pulsacijskih intervalov se imenuje delovni cikel.

Delovni ciklus = vklop / izklop + izklop

Obstajajo različni impulzni načini. Energijo lahko proizvedemo v serijah tako, da določimo čas, ko laser oddaja (npr. OD c). Energija se lahko prekriva, ko je konstantni val v določenih intervalih blokiran z mehanskim zaklopom. V načinu super impulza energija ni enostavno blokirana, temveč je shranjena v viru laserske energije med obdobjem zaustavitve in nato izvržena med vmesnim časom. To pomeni, da je najvišja energija v super-pulznem načinu znatno višja kot v načinu konstantnega načina ali prekrivanja.

V laserju, ki generira v velikanskem impulznem režimu, se energija med obdobjem zaustavitve ohranja tudi v laserskem okolju. To se doseže z uporabo dušilnega mehanizma v votlini komori med dvema ogledaloma. Zaprta loputa preprečuje generiranje v laserju, vendar omogoča shranjevanje energije na vsaki strani lopute. Ko je loputa odprta, se zrcala medsebojno ujemata, kar povzroči nastanek visokoenergetskega laserskega žarka. Najvišja energija laserja, ki generira v velikanskem impulznem režimu, je zelo visoka s kratkim obratovalnim ciklom. Laser s sinhroniziranimi načini je podoben laserju, ki generira v velikanskem impulznem načinu, pri čemer je med dvema ogledaloma v komori za votlino zagotovljena loputa. Laser s sinhroniziranimi načini odpira in zapira dušilec v sinhronizaciji s časom, ki ga potrebuje, da odraža svetlobo med dvema ogledaloma.

Značilnosti laserjev

• Ogljikov dioksidni laser

Laser ogljikovega dioksida se najpogosteje uporablja v operi otorinolaringologije / glave in vratu. Dolžina njenega vala je 10,6 nm - nevidni val daljinske infrardeče regije spektra elektromagnetnega sevanja. Vodilo vzdolž žarka helija-neonskega laserja je potrebno, da bi kirurg videl območje vpliva. Laserski medij je C02. Njegovo valovno dolžino dobro absorbirajo molekule vode v tkivu. Učinki so površni zaradi visoke absorpcije in minimalne disperzije. Sevanje se lahko prenaša samo z ogledali in posebnimi lečami, nameščenimi na šarnirju. Ročno palico lahko pritrdite na mikroskop za natančno delo pod povečavo. Energijo se lahko izvrže tudi preko fokusirnega ročaja, pritrjenega na šarnirsko vrstico.

• Nd: YAG laser

Valovna dolžina Nd: YAG (itrij-aluminijskega granata z neodimovim) laserjem je 1064 nm, kar pomeni, da je v bližini infrardeče regije. To je nevidno za človeško oko in zahteva sugestivni helij-neonski laserski žarek. Laserski medij je iri-aluminijski granat z neodimom. Večina telesnih tkiv ne dobro absorbira te valovne dolžine. Vendar pa pigmentirano tkivo absorbira bolje kot nepigmentirano tkivo. Energija se prenaša preko površinskih slojev večine tkiv in je razpršena v globokih plasteh.

V primerjavi z laserjem ogljikovega dioksida je razprševanje Nd: YAG veliko večje. Zato je globina penetracije večja in Nd: YAG je primerna za koagulacijo globoko ležečih posod. V poskusu je največja globina koagulacije približno 3 mm (koagulacijska temperatura +60 ° C). Poročali so o dobrih rezultatih zdravljenja globokih perioralnih kapilarnih in kavernoznih formacij s pomočjo Nd: YAG laserja. Obstaja tudi poročilo o uspešni laserski fotokoagulaciji s hemangiomi, limfangiomi in arteriovenskimi kongenitalnimi formacijami. Vendar pa večja globina penetracije in vsesplošno uničenje povzročajo povečanje pooperativnega brazgotinjenja. Klinično je to zmanjšano z varnimi nastavitvami moči, točkovnim pristopom k izbruhu in izogibanjem kožnih območij. V praksi je bila uporaba temno rdečega Nd: YAG laserja praktično zamenjana z laserji z valovno dolžino, ki leži v rumenem delu spektra. Vendar pa se uporablja kot pomožni laser za nodalne formacije temno rdeče barve (barva vrat).

Pokazalo se je, da Nd: YAG laser zavira nastajanje kolagena, tako v kulture fibroblasta kot pri normalni koži in vivo. To kaže na uspeh tega laserja pri zdravljenju hipertrofičnih brazgotin in keloidov. Ampak klinično je, da je pogostnost ponovitve po keloidih visoka, kljub močnemu dodatnemu lokalnemu zdravljenju s steroidi.

• Obrnite se na Nd: YAG laser

Uporaba Nd: YAG laserja v kontaktnem načinu bistveno spremeni fizične lastnosti in absorpcijo sevanja. Kontaktna konica je sestavljena iz kristala s safirjem ali kremenom, ki je neposredno pritrjen na konec laserskega vlakna. Kontaktna konica deluje neposredno s kožo in deluje kot termični skalpel, hkrati pa seka in koagulira. Obstajajo poročila o uporabi kontaktnega konica s široko paleto intervencij na mehkih tkivih. Te aplikacije so bližje elektrokoagulaciji kot brezkontaktni Nd: YAG. V bistvu kirurgi zdaj uporabljajo laserske valovne dolžine, ne pa za rezanje tkiv, ampak za ogrevanje konice. Zato načela interakcije lasera s tkivi tukaj ne veljajo. Čas odziva na kontaktni laser ni tako neposredna funkcija kot pri uporabi brezplačnega vlakna, zato je čas zaostajanja za ogrevanje in hlajenje. Vendar pa z izkušnjami ta laser postane primeren za dodeljevanje kožnih in mišičnih cepljenk.

• Argon laser

Argonski laser oddaja vidne valove dolžine 488-514 nm. Zaradi oblikovanja komore z votlino in molekulske strukture laserskega medija, ta vrsta lasersko proizvaja dolge valovne dolžine. Posamezni modeli imajo lahko filter, ki omejuje sevanje na eno valovno dolžino. Energijo argonskega laserja dobro absorbira hemoglobin in njegova disperzija je vmesna med ogljikovim dioksidom in Nd: YAG laserjem. Sistem sevanja za argonski laser je optični nosilec. Zaradi velike absorpcije s hemoglobinom vaskularne neoplazme kože absorbirajo tudi energijo laserskega.

• KTP laser

TFC (kalijev titanil fosfat) lasersko je Nd: YAG laser, katerega frekvenca je podvojila (valovna dolžina razpolovi) s prehajanjem laserske energije skozi K T V kristala. To daje zeleno luč (valovna dolžina 532 nm), kar ustreza absorpcijskemu vrhu hemoglobina. Njegova penetracija v tkiva in razprševanje je podobna kot pri argonskem laserju. Lasersko energijo prenašajo vlakna. V brezkontaktnem načinu laser izhlapi in koagulira. V polkontaktnem načinu konica vlakna komaj dotakne tkanino in postane orodje za rezanje. Več energije se uporablja, bolj se laser deluje kot termični nož, podoben laserski kislinski kislini. Naprave z nižjo energijo se uporabljajo predvsem za koagulacijo.

• Barvni laser, ki ga vzbudi bliskovna svetilka

Laser za barvanje, ki ga je vzbujala bliskavica, je bil prvi medicinski laser, posebej razvit za zdravljenje benignih vaskularnih neoplazem na koži. To je lasersko vidno svetilo z valovno dolžino 585 nm. Ta valovna dolžina sovpada s tretjim vrhom absorpcije s kisikomhemoglobinom, zato energijo tega laserja pretežno absorbira hemoglobin. V območju 577-585 nm je tudi manj absorpcije s konkurenčnimi kromofori, kot je melanin, in manj raztresanja laserske energije v dermisu in povrhnjici. Laserski medij je barvni rodamin, ki ga optično vzbudi bliskovna sijalka, sistem sevanja pa je nosilec optičnih vlaken. Vrh laserskega barvila ima zamenljiv sistem leč, ki omogoča ustvarjanje velikosti 3, 5, 7 ali 10 mm. Laser pulsira s časom 450 ms. Ta pulzacijski indeks smo izbrali glede na termični čas sprostitve ektatskih posod, najdenih v benignih vaskularnih neoplazmih na koži.

• Bakreni parni laser

Bakreni parni laser proizvaja vidno sevanje z dvema ločenima valovnima dolžinama: impulznim zelenim valom dolžine 512 nm in pulznim rumenim valom dolžine 578 nm. Laserski medij je baker, ki je električno vzburjen (uparjen). Sistem vlakenskih vlaken prenaša energijo na konico, ki ima spremenljivo velikost pika 150-1000 μm. Čas osvetlitve se giblje od 0,075 s do konstantne vrednosti. Čas med impulzi se spreminja tudi od 0,1 s do 0,8 s. Rumena bakrena parova laserska svetloba se uporablja za zdravljenje benignih žilnih lezij na obrazu. Zeleni val se lahko uporablja za zdravljenje takšnih pigmentiranih formacij kot pege, lentigo, nevi in keratoze.

• Nedampiran rumeni barvni laser

Rumeni barvni laser z nedokončanim valom je laser za vidno svetlobo, ki proizvaja rumeno svetlobo z valovno dolžino 577 nm. Kot laser na barvi, ki ga vzbudi bliskovna svetilka, se spremeni s spreminjanjem barve v laserski aktivacijski komori. Barvanje je vzbujalo argonski laser. Sistem za izmetanje tega laserja je tudi optični kabel, ki se lahko osredotoči na različne velikosti. Laserska luč lahko pulsira z uporabo mehanskega zaklopa ali konice Hexascannerja, ki je pritrjen na konec optičnega sistema. Hexascanner naključno usmerja impulze laserske energije znotraj šesterokotnega konturja. Kot laserski laser, ki ga vzbudi bliskavica, in laserski bakreni laser, je rumeni barvni laser z nedokončanim valom idealen za zdravljenje benignih žilnih lezij na obrazu.

• Erbijev laser

Erbium: UAS laser uporablja pas absorpcijskega spektra z vodo 3000 nm. Njegova valovna dolžina 2940 nm ustreza temu vrhu in jo močno absorbira tkiva (približno 12-krat večja od laserja ogljikovega dioksida). Ta laser, ki oddaja v bližnjem infrardečem spektru, je neviden za oči in ga je treba uporabljati z vidnim vodilnim žarkom. Laser je črpalka z bliskavico in oddaja makro-impulze dolžine 200-300 μs, ki je sestavljena iz vrste mikropulzov. Ti laserji se uporabljajo s konico, pritrjenim na šarnirsko vrstico. V sistem se lahko integrira tudi skenirna naprava za hitrejšo in bolj enakomerno odstranjevanje tkiva.

• Ruby laser

Ruby laser - laser, ki ga črpa s pulzno svetilko, ki oddaja svetlobo s valovno dolžino 694 nm. Ta laser, ki se nahaja v rdečem območju spektra, je viden z očesom. Lahko ima lasersko zaklopko za izdelavo kratkih impulzov in globlje penetracijo v tkivo (globlje od 1 mm). Dolg pulzni rubin laser se uporablja za prednostno segrevanje lasnih mešičkov med laserskim odstranjevanjem dlak. To lasersko sevanje se prenaša z ogledali in sistemom tečajne palice. Slabo absorbira jo voda, a močno absorbira melanin. Različni pigmenti, ki se uporabljajo za tetovaže, absorbirajo tudi žarke z valovno dolžino 694 nm.

• Alexandrite laser

Alexandrite laser, laserski polprevodniški laser, ki ga lahko napihne bliskovna svetilka, ima valovno dolžino 755 nm. Ta valovna dolžina, ki se nahaja v rdečem delu spektra, ni vidna očesu in zato zahteva vodilni nosilec. Absorbirajo ga modri in črni pigmenti za tetovaže, kot tudi melanin, vendar ne hemoglobin. To je razmeroma kompakten laser, ki lahko prenaša sevanje preko prožnega vlakna. Laser prodre sorazmerno globoko, zaradi česar je primeren za odstranjevanje las in tetovaž. Velikost mesta je 7 in 12 mm.

• Diode laser

Nedavno diode superprevodne materiale smo neposredno povezan z optičnih naprav, kar ima za posledico emisijo lasersko sevanje z različnih valovnih dolžin (odvisno od značilnosti materialov). Diode laserji se razlikujejo po njihovi učinkovitosti. Vhodno električno energijo lahko prenesejo v svetlobo z učinkovitostjo 50%. Ta učinkovitost, povezana z manjšo proizvodnjo toplote in vhodno močjo, omogoča kompaktne diode laserje, da imajo dizajn brez velikih hladilnih sistemov. Svetloba se prenaša vlakno optično.

• Filtrirana impulzna svetilka

Filtrirana pulzna svetilka, uporabljena za odstranjevanje dlak, ni laser. Nasprotno, to je intenziven, nekonkurenčen, impulzni spekter. Za emisijo svetlobe z valovno dolžino 590-1200 nm sistem uporablja kristalne filtre. Širina in integralna gostota impulza, ki je tudi spremenljivka, izpolnjujeta merila za selektivno fototermolizo, kar postavlja to napravo na par z laserji za odstranjevanje dlak.

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