Lézerek plasztikai sebészetben

A múlt század elején, a "Sugárzás kvantumelmélete" című kiadványban, Einstein elméletileg alátámasztotta azokat a folyamatokat, amelyeknek a lézer energia kibocsátása során kell megtörténnie. Maiman 1960-ban építette az első lézert. Azóta a lézertechnológia gyors fejlődése, amely számos lézer létrehozásához vezet, és lefedi az egész elektromágneses spektrumot. Ezután összeolvadtak más technológiákkal, beleértve a vizualizációs rendszereket, a robotokat és a számítógépeket, hogy javítsák a lézersugárzás átvitelének pontosságát. A fizika és a biotechnológia területén folytatott együttműködés eredményeként a gyógyászati lézerek terápiás szerekként a sebészek arzenáljának fontos részévé váltak. Kezdetben nehézkesek voltak, és csak a sebészek által speciálisan a lézerek fizikáján képzettek voltak. Az elmúlt 15 évben az orvosi lézerek tervezése az egyszerű használat irányába haladt, és sok orvos tanulmányozta a lézerfizika alapjait a posztgraduális oktatásban.

Ez a cikk a következőket tárgyalja: a lézerek biofizikája; a szövetek lézersugárzással történő kölcsönhatása; műanyag és rekonstrukciós műtétek során jelenleg használt eszközök; a lézerekkel való munkavégzésre vonatkozó általános biztonsági követelmények; a lézerek további alkalmazására vonatkozó kérdéseket a bőrön végzett beavatkozások során.

A lézerek biofizikája

A lézerek fényt bocsátanak ki, amely a közönséges fényhez hasonló hullámok formájában mozog. A hullámhossz a két szomszédos hullámmagasság közötti távolság. Az amplitúdó a maximális nagyság, meghatározza a fénysugár intenzitását. A fényhullám frekvenciája vagy időtartama egy teljes hullámciklushoz szükséges idő. A lézer hatásának megértéséhez fontos figyelembe venni a kvantummechanikát. A "lézer" kifejezés (LASER) a "sugárzás stimulált emissziója által adott könnyű amplifikáció" rövidítésének rövidítése. Ha egy foton, egy fényenergetikai egység, összeütközésbe kerül egy atomtal, akkor az atom egyik elektronját magasabb energiaszintre ruházza át. Az ilyen gerjesztett állapotban lévő atom instabillá válik, és újra kibocsátja a fotont, amikor az elektron elhalad a kezdeti, alacsonyabb energiaszinten. Ezt a folyamatot spontán emissziónak nevezik. Ha az atom a magas szintű állapotban, és ütközik egy további fotont, majd az átmenet egy alacsony energiaszintet, fog kiosztani két foton, hogy azonos hullámhosszon, irányát és a fázis. Ez a folyamat, amelyet stimulált sugárzási sugárzásnak neveznek, a lézerfizika megértésének alapja.

Típustól függetlenül, a lézerek négy fő részből áll: a gerjesztő mechanizmus vagy energiaforrás, lézer médium, az optikai üreg vagy rezonátor, és kitolás rendszert. A legtöbb plasztikai műtét során használt orvosi lézerek elektromos gerjesztési mechanizmussal rendelkeznek. Néhány lézer (például egy vaku lámpával kiváltott festék lézer) gerjesztő mechanizmusként használja a fényt. Mások nagy energiájú rádióhullámokat vagy kémiai reakciókat használhatnak gerjesztési energia biztosítására. Az excitermechanizmus egy lézeres közeget tartalmazó rezonáns kamrába pumpálja az energiát, amely lehet szilárd, folyékony, gázhalmazállapotú vagy félvezető anyag. A rezonátor üregébe kibocsátott energia a lézerközeg atomjainak elektronjait magasabb energia szintre emeli. Ha a rezonátorban lévő atomok fele eléri a magas gerjesztést, a populáció inverziója bekövetkezik. Spontán emisszió akkor kezdődik, amikor a fotonok minden irányba kibocsátódnak, és néhányuk ütközik a már izgatott atomokkal, ami stimulálja a pár fotonok kibocsátását. A stimulált emisszió amplifikációja akkor következik be, amikor a tükrök tengelye mentén mozgó fotonok főként oda-vissza járnak. Ez egymást követő stimuláláshoz vezet, mivel ezek a fotonok ütköznek más izgatott atomokkal. Az egyik tükör 100% -os visszaverődést mutat, a másik pedig - részben sugárzott energiát továbbítja az üregkamrából. Ez az energia átkerül a biológiai szövetekbe az ejektorrendszer által. A legtöbb lézerben optikai. Figyelemre méltó kivétel a C02 lézer, amely tükrökkel rendelkezik a csuklós sávon. A C02 lézerhez optikai szálak vannak, de korlátozzák a pontméretet és a kimeneti energiát.

A lézer fénye a hagyományos fényhez képest sokkal szervezett és minőségi szempontból intenzív. Mivel a lézerközeg homogén, a stimulált emisszióban kibocsátott fotonok egy hullámhosszt tartalmaznak, ami monokromatikus. Általában a fény erősen diffundál, mivel a forrásból távolodik. A lézerfény kollimált: kevéssé szétesik, nagy távolságot biztosít az energia állandó intenzitásának. A lézerfény fotonai nem csak egy irányban mozognak, ugyanolyan időbeli és térbeli fázisban vannak. Ezt hívják koherenciának. A monokromatikus, kollimációs és koherencia tulajdonságai megkülönböztetik a lézerfényt a közönséges fény rendellenes energiájától.

Lézeres-szöveti kölcsönhatás

A lézeres hatásoknak a biológiai szövetekre gyakorolt hatása a biológiai funkciók modulációjától a párolgásig terjed. A legtöbb klinikailag használt lézeres-szöveti kölcsönhatás hőkezeléssel vagy párolgással jár. A jövőben a lézerek nem hőforrásként használhatók, hanem mint sejtek funkcionális funkcióinak ellenőrzésére a citotoxikus hatások mellékhatásai nélkül.

A hagyományos lézer szövetre gyakorolt hatása három tényezőtől függ: a szövet felszívódásától, a lézer hullámhosszától és a lézer energiasűrűségétől. Amikor egy lézersugár ütközik egy szövetnel, az energiája felszívódhat, tükröződhet, továbbítható vagy szóródhat. A szövetek és a lézerek bármilyen kölcsönhatásaként mind a négy folyamat különböző mértékben fordul elő, amelyek közül a felszívódás a legfontosabb. Az abszorpció mértéke a kromofór tartalmától függ. A kromofórák olyan anyagok, amelyek hatékonyan elnyelik a bizonyos hosszúságú hullámokat. Például a CO2 lézer energiáját felszívja a test lágyrésze. Ez annak köszönhető, hogy a C02-nak megfelelő hullámhosszúságot jól felszívja a vízmolekulák, amelyek a lágyszövetek legfeljebb 80% -át alkotják. Ezzel szemben a C02 lézert a csont minimalizálja, ami a csontszövet alacsony víztartalmának köszönhető. Kezdetben, amikor a szövet elnyeli a lézer energiáját, molekulái rezegnek. A további energia felszívódása denaturációt, koagulációt és végül a fehérje párolgását okozza (párologtatás).

Amikor a lézer energiája tükröződik a szövetben, az utóbbi nem sérült, mivel a sugárzás a felületen változik. Továbbá, ha a lézer energia áthalad a felületi szöveteken a mély rétegbe, akkor a közbülső szövet nem érintett. Ha a lézersugár elszivárog a szövetbe, az energia nem felszívódik a felületen, hanem véletlenszerűen eloszlik a mély rétegekben.

A szövetek lézerrel való kölcsönhatásának a harmadik tényezője az energiasűrűség. Amikor a lézer és a szövet kölcsönhatásba lép, amikor az összes többi tényező állandó, a spot vagy az expozíció idő megváltoztatása befolyásolhatja a szövet állapotát. Ha a lézersugár helyének mérete csökken, akkor a szövetek bizonyos térfogatára gyakorolt hatás fokozódik. Ezzel szemben, ha a pontméret megnő, a lézersugár energiasűrűsége csökken. A folt méretének megváltoztatásához fókuszálhat, előfókuszálhat vagy megszüntetheti az ejektorrendszert az anyagon. A sugarak előfókuszálásával és defocusálásával a spotméret nagyobb, mint a fókuszált fény, ami kisebb teljesítménysűrűséget eredményez.

A szöveti hatások megváltoztatásának másik módja a lézerenergia pulzációja. Az összes impulzus üzemmódban a sugárzás szakaszos áramerősségeinek be- és kikapcsolása. Mivel az energia nem éri el a szövetet a leállási időszak alatt, lehetséges hőeloszlás. Ha az elzárási idő hosszabb, mint a célszövet hőcsillapítási ideje, akkor a környező szövet hővezetőképességének károsodásának valószínűsége csökken. A termikus relaxációs idő az az időtartam, amely ahhoz szükséges, hogy az objektum felét eloszlassa. Az aktív rés időtartamának arányát az aktív és a passzív pulzációs intervallumok összegéhez az üzemi ciklusnak nevezzük.

Működési ciklus = be / ki + ki

Különböző impulzus üzemmódok vannak. Az energiát tételekben lehet előállítani a lézer távozásának időzítésével (pl. OD c). Az energia átfedhet, ha bizonyos időközönként mechanikus reteszeléssel állandó hullámot blokkolnak. A szuperimpulzus üzemmódban az energiát nem egyszerűen blokkolja, hanem a lézer energiaforrásban tárolja a leállási időszak alatt, majd kioldja az időszak alatt. Ez azt jelenti, hogy a szuperimpulzus üzemmódban a csúcsenergia lényegesen magasabb, mint állandó üzemmódban vagy átfedéses üzemmódban.

Az óriási impulzusos rendszerben lézerként az energiát a leállás ideje alatt is megőrzi, de lézeres környezetben. Ezt úgy érjük el, hogy a két tükör között egy csappantyú-mechanizmust használunk az üreges kamrában. A zárt zsalu megakadályozza a lézer megteremtését, de lehetővé teszi az energia tárolását a szárny mindkét oldalán. Amikor a fedél nyitva van, a tükrök kölcsönhatásba lépnek, ami nagy energiájú lézersugarat hoz létre. Az óriási impulzusrendszerben generáló lézer csúcsenergiája nagyon magas, rövid működési ciklussal. A szinkronizált üzemmódú lézer hasonlít a lézerhez, amely óriási impulzus üzemmódban generál, mivel az üregkamra két tüköre között csillapító van. A szinkronizált üzemmóddal rendelkező lézer megnyitja és bezárja a zsaluk szinkronizációját, a két tükör közötti fény visszaverődéséhez szükséges idővel.

A lézerek jellemzői

• Szén-dioxid lézer

A szén-dioxid lézert leggyakrabban fül-orr-gégészet / fej- és nyaksebészet használják. A hullám hossza 10,6 nm - az elektromágneses sugárzás spektrumának távoli infravörös tartományának láthatatlan hulláma. A hélium-neon lézer sugara mentén szükséges útmutatás annak érdekében, hogy a sebész láthassa a befolyási területet. A lézerközeg C02. A hullámhosszúságot jól felszívja a vízmolekulák a szövetben. A hatások a felszívódás és a minimális diszperzió miatt felületesek. A sugárzás csak a tükrökön és a speciális csíkkal ellátott objektíveken keresztül továbbítható. A forgattyús csík a mikroszkóphoz csatlakoztatható nagyítási pontosságú munkákhoz. Az energiát a csuklópánton lévő fókuszáló fogantyú segítségével is ki lehet vonni.

• Nd: YAG lézer

Az Nd: YAG (ittrium-alumínium gránát neodímiumos) lézer hullámhossza 1064 nm, vagyis a közel infravörös tartományban van. Láthatatlan az emberi szem számára és igényes hélium-neon lézersugarat igényel. A lézerközeg ittrium-alumínium gránát neodímiummal. A legtöbb szöveti szövet nem szívja el ezt a hullámhosszat. A pigmentált szövet azonban jobban elnyeli, mint a pigmentált szövet. Az energiát a legtöbb szövet felületi rétegei közvetítik és mély rétegekben diszpergálják.

A széndioxid lézerrel összehasonlítva a Nd: YAG szórása sokkal nagyobb. Ezért a penetráció mélysége nagyobb, és a Nd: YAG jól alkalmazható mélyen fekvő hajók koagulálására. A kísérletben a koaguláció maximális mélysége körülbelül 3 mm (koagulációs hőmérséklet + 60 ° C). Jelentettek a mély perioralis kapillárisok és cavernos formációk kezelésének jó eredmények az Nd: YAG lézer segítségével. Létezik továbbá egy jelentés a hemangiómákról, lymphangiomákról és arteriovénás veleszületett alakzatokról szóló sikeres lézeres fotokoagulációról. Azonban a mélyebb penetráció és a megkülönböztetés nélküli pusztítás hajlamos a posztoperatív hegesedés fokozására. Klinikailag ez minimalizálható a biztonságos teljesítmény beállítások, a pontszerű megközelítés a kitörés és a bőrterületek elkerülése. A gyakorlatban a sötétvörös Nd: YAG lézer használatát gyakorlatilag helyettesítették a spektrum sárga részében fekvő hullámhosszú lézerek. Azonban segédlézerként használják a sötétvörös színű csomó formációkhoz (portszín).

Kimutatták, hogy az Nd: YAG lézer elnyomja a kollagén termelését mind fibroblaszt tenyészetben, mind normál bőrben in vivo. Ez azt sugallja, hogy ez a lézer a hypertrophiás hegek és a keloidok kezelésében jelentkezik. De klinikailag a keloidok után bekövetkező relapszus gyakorisága magas, annak ellenére, hogy a szteroidok hatásos további lokális kezelésére került sor.

• Lépjen kapcsolatba a Nd: YAG lézerrel

Az Nd: YAG lézer használata a kontakt üzemmódban jelentősen megváltoztatja a sugárzás fizikai tulajdonságait és abszorpcióját. A kontaktuscsúcs zafír vagy kvarc kristályból áll, közvetlenül a lézersugár vége felé. A kontaktlencsék közvetlenül érintkeznek a bőrrel, és termikus szikével működnek, vágják és koagulálják egyidejűleg. Vannak beszámolók a kontaktlencsék használatáról a lágyrészek beavatkozásainak széles skáláján. Ezek az alkalmazások közelebb vannak az elektrokoagulációhoz, mint a nem érintkező Nd: YAG. Alapvetően a sebészek jelenleg lézerspecifikus hullámhosszakat használnak nem a szövetek vágására, hanem a hegy fűtésére. Ezért a lézer és a szövetek kölcsönhatásának elvei itt nem alkalmazhatók. Az érintkezõ lézerre adott válaszideje nem olyan közvetlen, mint a szabad szálak használata, ezért a fûtés és a hûtés idõtartama van. Tapasztalattal azonban ez a lézer kényelmes lesz a bőr és az izom graftok felosztására.

• Argon lézer

Az argon lézer 488-514 nm hullámhosszú hullámokat bocsát ki. Az üregkamra kialakításának és a lézeres közeg molekuláris szerkezetének köszönhetően ez a típusú lézer hosszú hullámhossz-tartományt eredményez. Az egyes modelleknek lehet egy szűrője, amely a sugárzást egyetlen hullámhosszra korlátozza. Az argonlézer energiáját jól felszívja a hemoglobin, és diszperziója a szén-dioxid és a Nd: YAG lézer közötti. Az argonlézer sugárzási rendszere száloptikai hordozó. A hemoglobin nagyfokú abszorpciója miatt a bőr vaszkuláris neoplazmái elnyelik a lézer energiáját.

• KTP lézer

TFC (kálium-titanil-foszfát) lézer egy Nd: YAG lézer, amelynek frekvenciája megduplázódik (hullámhossz felére) vezetjük lézer energia révén K T V kristály. Ez zöld fényt ad (532 nm hullámhossz), ami megfelel a hemoglobin abszorpciós csúcsának. A szövetekbe és a szórásba való behatolása hasonló az argonlézeréhez. A lézerenergiát szálon szállítják. Nem kontaktus módban a lézer elpárolog és koagulál. A félkontaktus módban a szál csúcsa alig érinti az anyagot és vágóeszközré válik. Minél több energiát használnak, annál inkább a lézer termikus késsel működik, hasonlóan a szénsavas lézerhez. Az alacsonyabb energiájú létesítményeket elsősorban a véralvadáshoz használják.

• A vaku lámpával kiváltott festék lézer

A vaku lámpával gerjesztett festék lézer volt az első olyan speciális orvosi lézer, melyet a bőr jóindulatú vascularis neoplazmái kezelésére fejlesztettek ki. Ez egy látható fény lézer, amelynek hullámhossza 585 nm. Ez a hullámhossz egybeesik az oxi-hemoglobin abszorpció harmadik csúcsával, ezért a lézer energiája elsősorban a hemoglobin felszívódik. Az 577-585 nm-es tartományban kevésbé felszívódnak a versenyző kromofórák, például a melanin és kevésbé a lézeres energia szóródása a dermisben és az epidermiszben. A lézerközeg a rodamin festék, amelyet optikailag izgatott a lámpa, és a sugárzási rendszer száloptikás hordozó. A festéklézer csúcsa cserélhető lencserendszerrel rendelkezik, amely lehetővé teszi a helyszín méretének 3, 5, 7 vagy 10 mm-t. A lézer 450 ms-mal lüktet. Ezt a pulzációs indexet a bőr jóindulatú vascularis neoplazmájában található ektikus edények termikus relaxációs idejéből választottuk.

• Rézgőz lézer

A rézgőz lézer olyan látható sugárzást hoz létre, amelynek két külön hullámhossza van: impulzusos, 512 nm hullámhullámú hullám és 578 nm hosszúságú pulzáló sárga hullám. A lézerközeg réz, amely elektromosan izzad (elpárolog). A rostszálas rendszer energiát visz át a csúcsra, amelynek változó spotmérete 150-1000 μm. Az expozíciós idő 0,075 s-ról egy állandóra változik. Az impulzusok közötti idő 0,1 másodperc és 0,8 s között is változik. A sárga rézgőz lézerfényt jóindulatú vascularis elváltozások kezelésére használják az arcra. A zöld hullám felhasználható olyan pigmentált formációk kezelésére, mint a szeplők, lentigo, nevi és keratosis.

• Nem csillapított sárga festék lézer

A sötét színezék lézer csillapított hullámmal olyan látható fény lézer, amely 577 nm hullámhosszú sárga fényt hoz létre. Mint egy lézer egy festéknél, amelyet egy lámpa izzít, a lézer aktiválókamrájában a festék megváltoztatásával hangolják. A festéket argon lézer gerjeszti. A lézer kioldó rendszere szintén száloptikai kábel, amely különböző pontméretekre összpontosítható. A lézerfény mechanikus zárral, vagy a száloptikai rendszer végéhez erősített Hexascanner csúcs segítségével lüktethet. A Hexascanner véletlenszerűen irányítja a lézersugaras impulzusokat a hatszögletű kontúron belül. Mint egy vaku lámpa által kiváltott festék lézer és egy rézgőz lézer, a sárga színezék lézer lecsökkent hullámmal ideálisan alkalmas az arc jóindulatú érrendszeri elváltozásainak kezelésére.

• Erbium lézer

Erbium: Az UAS lézer abszorpciós spektrum sávja 3000 nm vízzel. 2940 nm-es hullámhossza megfelel ennek a csúcsnak, és erősen felszívódik a szövetvíz (kb. 12-szer nagyobb a szén-dioxid lézerénél). Ez a lézer, amely a közel infravörös spektrumban sugárzik, a szem számára láthatatlan, és látható irányjelzővel kell használni. A lézert villanófénnyel pumpálják és 200-300 μs hosszúságú makro-impulzusokat bocsátanak ki, amelyek egy sor mikropulzusból állnak. Ezeket a lézereket a csuklópánthoz csatlakoztatott csúcsokkal lehet használni. A rendszerbe integrálható egy pásztázó eszköz a szövet gyorsabb és egyenletesebb eltávolítására.

• Rubin lézer

Rubin lézer - egy 694 nm hullámhosszú fényt kibocsátó lüktető lézer. Ez a lézer, amely a spektrum vörös tartományában található, a szemmel látható. Lehet, hogy lézersugárral rövid impulzusokat állít elő, és mélyebb behatolást ér el a szövetbe (1 mm-nél mélyebbre). Hosszú impulzusú rubin lézert használnak, hogy a hajhagymákat előnyösen melegítse a lézeres szőrtelenítés során. Ez a lézersugárzás tükrökkel és a csuklós rúd rendszerével történik. A víz rosszul felszívódik, de erősen elnyeli a melanin. A különböző tetoválásokhoz használt pigmentek szintén 694 nm-es hullámhosszú fényt szívnak fel.

• Alexandrite lézer

Az alexandrite lézer, egy szilárdtest lézer, amelyet flash lámpával lehet felfújni, 755 nm hullámhosszúságú. Ez a hullámhossz a spektrum vörös részében nem látható a szem számára, ezért vezérlő sugár szükséges. A kék és fekete színű pigmentek elnyelik a tetoválások, valamint a melanin, de nem a hemoglobin. Ez egy viszonylag kompakt lézer, amely sugárzást képes átvinni egy rugalmas szálon. A lézer viszonylag mélyen behatol, ami megkönnyíti a haj és a tetoválás eltávolítását. A pontméret 7 és 12 mm.

• Dióda lézer

Nemrégiben diódák szupravezető anyagokat közvetlenül csatlakoztatva van a száloptikai eszközök, így a kibocsátási lézersugárzás különböző hullámhosszúságú (attól függően, hogy az anyagok jellemzőinek). A dióda lézereket teljesítményük különbözteti meg. A bejövő villamos energiát 50% -os hatásfokkal átvihetik a fénybe. Ez a kisebb hőtermeléssel és bemeneti teljesítménygel járó hatékonyság lehetővé teszi a kompakt diódák lézerek számára, hogy nagy méretű hűtőrendszerektől mentesek legyenek. A fény optikailag átvitt optikailag.

• Szűrt impulzus lámpa

A szőrtelenítéshez alkalmazott szűrt impulzus lámpa nem lézer. Éppen ellenkezőleg, ez egy intenzív, inkoherens impulzus spektrum. A 590-1200 nm hullámhosszú fény kibocsátására a rendszer kristályszűrőket használ. Az impulzus szélessége és integrális sűrűsége szintén változó, megfelel a szelektív fotothermolízis kritériumainak, ami ezt a készüléket szétválasztó lézerekhez igazítja.

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