Durant el darrer mig segle, els làsers s'han utilitzat en oftalmologia, oncologia, cirurgia plàstica i moltes altres àrees de la medicina i la investigació biomèdica.
La possibilitat d'utilitzar la llum per tractar mal alties es coneix des de fa milers d'anys. Els antics grecs i egipcis utilitzaven la radiació solar en la teràpia, i les dues idees fins i tot estaven relacionades en la mitologia: el déu grec Apol·lo era el déu del sol i de la curació..
Només després de la invenció de la font de radiació coherent fa més de 50 anys es va revelar realment el potencial d'utilitzar la llum en medicina.
A causa de les seves propietats especials, els làsers són molt més eficients que la radiació del sol o d' altres fonts. Cada generador quàntic funciona en un rang de longituds d'ona molt estret i emet llum coherent. A més, els làsers en medicina permeten crear grans poders. El feix d'energia es pot concentrar en un punt molt petit, per la qual cosa s'aconsegueix la seva alta densitat. Aquestes propietats han fet que avui dia els làsers s'utilitzin en moltes àrees del diagnòstic mèdic, la teràpia i la cirurgia.
Tractament per a la pell i els ulls
L'ús del làser en medicina va començar amb l'oftalmologia i la dermatologia. QuànticEl generador es va inaugurar l'any 1960. I un any més tard, Leon Goldman va demostrar com el làser vermell robí es podia utilitzar en medicina per eliminar la displàsia capil·lar, un tipus de marca de naixement i el melanoma.
Aquesta aplicació es basa en la capacitat de fonts de radiació coherents per funcionar a una determinada longitud d'ona. Actualment, les fonts de radiació coherents s'utilitzen àmpliament per eliminar tumors, tatuatges, cabells i lunars.
En dermatologia s'utilitzen làsers de diferents tipus i longituds d'ona, a causa de la curació de diferents tipus de lesions i de la principal substància absorbent que hi ha al seu interior. La longitud d'ona també depèn del tipus de pell del pacient.
Avui no es pot practicar la dermatologia ni l'oftalmologia sense disposar de làser, ja que s'han convertit en les principals eines per tractar els pacients. L'ús de generadors quàntics per a la correcció de la visió i una àmplia gamma d'aplicacions oftàlmiques va créixer després que Charles Campbell es convertís en el primer metge que va utilitzar un làser vermell en medicina el 1961 per tractar un pacient amb un despreniment de retina..
Més tard, amb aquesta finalitat, els oftalmòlegs van començar a utilitzar fonts d'argó de radiació coherent a la part verda de l'espectre. Aquí, les propietats del propi ull, especialment la seva lent, es van utilitzar per enfocar el feix a l'àrea de despreniment de retina. La potència altament concentrada del dispositiu la solda literalment.
Els pacients amb algunes formes de degeneració macular es poden beneficiar de la cirurgia làser: fotocoagulació làser i teràpia fotodinàmica. En el primer procediment, el feix de coherentLa radiació s'utilitza per segellar els vasos sanguinis i frenar el seu creixement patològic sota la màcula.
A la dècada de 1940 es van fer estudis similars amb la llum solar, però els metges necessitaven les propietats úniques dels generadors quàntics per completar-los amb èxit. El següent ús del làser d'argó va ser aturar el sagnat intern. L'absorció selectiva de la llum verda per part de l'hemoglobina, un pigment dels glòbuls vermells, s'ha utilitzat per bloquejar els vasos sanguinis que sagnan. Per tractar el càncer, destrueixen els vasos sanguinis que entren al tumor i li subministren nutrients.
Això no es pot aconseguir amb la llum solar. La medicina és molt conservadora, com hauria de ser, però les fonts de radiació coherent han guanyat acceptació en diversos camps. Els làsers en medicina han substituït molts instruments tradicionals.
L'oftalmologia i la dermatologia també s'han beneficiat de les fonts excímers de radiació UV coherent. S'han utilitzat àmpliament per a la remodelació de la còrnia (LASIK) per a la correcció de la visió. Els làsers en medicina estètica s'utilitzen per eliminar taques i arrugues.
Cirurgia estètica rendible
Aquests desenvolupaments tecnològics són inevitablement populars entre els inversors comercials, ja que tenen un gran potencial de benefici. L'empresa analítica Medtech Insight va estimar el 2011 la mida del mercat d'equips de bellesa làser en més de mil milions de dòlars EUA. De fet, malgratEn disminució de la demanda global de sistemes mèdics durant la recessió mundial, les cirurgies estètiques basades en generadors quàntics continuen gaudint d'una forta demanda als Estats Units, el mercat dominant dels sistemes làser..
Visualització i diagnòstic
Els làsers en medicina tenen un paper important en la detecció precoç del càncer, així com de moltes altres mal alties. Per exemple, a Tel Aviv, un grup de científics es va interessar per l'espectroscòpia IR utilitzant fonts infrarojes de radiació coherent. La raó d'això és que el càncer i el teixit sa poden tenir una permeabilitat infraroja diferent. Una de les aplicacions prometedores d'aquest mètode és la detecció de melanomes. En el càncer de pell, el diagnòstic precoç és molt important per a la supervivència del pacient. Actualment, la detecció del melanoma es fa per via ocular, de manera que cal confiar en l'habilitat del metge.
A Israel, totes les persones poden fer-se una detecció gratuïta de melanoma un cop l'any. Fa uns anys, es van realitzar estudis en un dels principals centres mèdics, com a resultat dels quals es va poder observar clarament la diferència en el rang d'infrarojos entre els signes potencials, però no perillosos, i el melanoma real..
Katzir, l'organitzador de la primera conferència de l'SPIE sobre òptica biomèdica el 1984, i el seu grup a Tel Aviv també van desenvolupar fibres òptiques transparents a les longituds d'ona infraroja, la qual cosa permet estendre el mètode al diagnòstic intern. A més, pot ser una alternativa ràpida i indolora a un frotis cervicalginecologia.
El làser de semiconductor blau en medicina ha trobat aplicació en el diagnòstic de fluorescència.
Els sistemes basats en generadors quàntics també comencen a substituir els raigs X, que tradicionalment s'han utilitzat en mamografia. Els raigs X presenten als metges un dilema difícil: necessiten una intensitat elevada per detectar de manera fiable els càncers, però l'augment de la radiació en si augmenta el risc de càncer. Com a alternativa, s'està estudiant la possibilitat d'utilitzar polsos làser molt ràpids per a imatges del pit i d' altres parts del cos, com ara el cervell.
OCT per als ulls i més
Els làsers en biologia i medicina s'han utilitzat en la tomografia de coherència òptica (OCT), que ha provocat una onada d'entusiasme. Aquesta tècnica d'imatge utilitza les propietats d'un generador quàntic i pot proporcionar imatges molt clares (de l'ordre d'una micra), transversals i tridimensionals del teixit biològic en temps real. L'OCT ja s'utilitza en oftalmologia i pot, per exemple, permetre que un oftalmòleg vegi una secció transversal de la còrnia per diagnosticar mal alties de la retina i glaucoma. Avui, la tècnica comença a utilitzar-se també en altres àrees de la medicina.
Un dels camps més grans que sorgeixen de l'OCT és la imatge de fibra òptica de les artèries. La tomografia de coherència òptica es pot utilitzar per avaluar una placa inestable trencada.
Microscòpia d'organismes vius
Els làser en ciència, tecnologia i medicina també juguenun paper clau en molts tipus de microscòpia. S'han fet un gran nombre de desenvolupaments en aquest àmbit, el propòsit dels quals és visualitzar què passa dins del cos del pacient sense l'ús d'un bisturí.
La part més difícil d'extirpar el càncer és la necessitat d'utilitzar constantment un microscopi perquè el cirurgià pugui assegurar-se que tot es fa correctament. La capacitat de fer microscòpia en directe i en temps real és un avenç important.
Una nova aplicació dels làsers en enginyeria i medicina és l'exploració de camp proper de la microscòpia òptica, que pot produir imatges amb una resolució molt superior a la dels microscopis estàndard. Aquest mètode es basa en fibres òptiques amb osques als extrems, les dimensions de les quals són més petites que la longitud d'ona de la llum. Això va permetre la imatge de sublongitud d'ona i va establir les bases per obtenir imatges de cèl·lules biològiques. L'ús d'aquesta tecnologia en làsers IR permetrà entendre millor la mal altia d'Alzheimer, el càncer i altres canvis a les cèl·lules.
PDT i altres tractaments
Els desenvolupaments en el camp de les fibres òptiques ajuden a ampliar les possibilitats d'utilitzar làser en altres àmbits. A més del fet que permeten diagnòstics a l'interior del cos, l'energia de la radiació coherent es pot transferir allà on sigui necessària. Es pot utilitzar en el tractament. Els làsers de fibra són cada cop més avançats. Canviaran radicalment la medicina del futur.
Càmp de la fotomedicina utilitzant productes químics fotosensiblesles substàncies que interaccionen amb el cos d'una manera particular poden utilitzar generadors quàntics tant per diagnosticar com per tractar pacients. En la teràpia fotodinàmica (PDT), per exemple, un làser i un fàrmac fotosensible poden restaurar la visió en pacients amb la forma "humida" de degeneració macular relacionada amb l'edat, la principal causa de ceguesa en persones majors de 50 anys..
En oncologia, determinades porfirines s'acumulen a les cèl·lules canceroses i fan fluorescència quan s'il·luminen a una determinada longitud d'ona, indicant la ubicació del tumor. Si aquests mateixos compostos s'il·luminen amb una longitud d'ona diferent, es tornen tòxics i maten les cèl·lules danyades.
El làser heli-neó de gas vermell s'utilitza en medicina en el tractament de l'osteoporosi, la psoriasi, les úlceres tròfiques, etc., ja que aquesta freqüència és ben absorbida per l'hemoglobina i els enzims. La radiació frena la inflamació, prevé la hiperèmia i la inflor i millora la circulació sanguínia.
Tractament personalitzat
La genètica i l'epigenètica són altres dues àrees on es poden utilitzar làser.
En el futur, tot passarà a nanoescala, que ens permetrà fer medicina a escala cel·lular. Els làsers que poden generar polsos de femtosegons i ajustar-se a longituds d'ona específiques són socis ideals per als professionals mèdics.
Això obrirà la porta a un tractament personalitzat basat en el genoma individual del pacient.
Leon Goldman - el fundadormedicament làser
Parlant de l'ús de generadors quàntics en el tractament de les persones, no es pot deixar d'esmentar Leon Goldman. És conegut com el "pare" de la medicina làser.
Ja un any després d'inventar la font de radiació coherent, Goldman es va convertir en el primer investigador que la va utilitzar per tractar mal alties de la pell. La tècnica que va utilitzar el científic va obrir el camí per al desenvolupament posterior de la dermatologia làser.
La seva investigació a mitjans dels anys 60 va portar a l'ús del generador quàntic de robí en cirurgia de la retina i descobriments com la capacitat de la radiació coherent per tallar simultàniament la pell i segellar els vasos sanguinis, limitant el sagnat.
Goldman, dermatòleg de la Universitat de Cincinnati durant la major part de la seva carrera, va fundar la Societat Americana de Làser en Medicina i Cirurgia i va ajudar a establir les bases de la seguretat del làser. Mort el 1997
Miniaturització
Els primers generadors quàntics de 2 micres eren de la mida d'un llit doble i es refredaven amb nitrogen líquid. Avui en dia, han aparegut làsers de díode de la mida de la mà i làsers de fibra fins i tot més petits. Aquests canvis obren el camí per a noves aplicacions i desenvolupaments. La medicina del futur tindrà làser minúsculs per a la cirurgia cerebral.
A causa del progrés tecnològic, hi ha una reducció constant de costos. De la mateixa manera que els làsers s'han convertit en un lloc habitual en els electrodomèstics, han començat a tenir un paper clau en l'equipament hospitalari.
Si els làsers anteriors en medicina fossin molt grans icomplex, la producció actual de fibra òptica ha reduït significativament el cost i la transició a la nanoescala reduirà encara més els costos.
Altres usos
Els uròlegs poden tractar l'estenositat uretral, les berrugues benignes, els càlculs urinaris, la contractura de la bufeta i l'engrandiment de la pròstata amb làsers.
L'ús del làser en medicina ha permès als neurocirurgians fer incisions precises i exàmens endoscòpics del cervell i la medul·la espinal.
Els veterinaris utilitzen làsers per a procediments endoscòpics, coagulació de tumors, incisions i teràpia fotodinàmica.
Els dentistes utilitzen radiació coherent per fer forats, cirurgia de genives, procediments antibacterians, desensibilització dental i diagnòstic orofacial.
Pinces làser
Els investigadors biomèdics de tot el món utilitzen pinces òptiques, classificadors de cèl·lules i moltes altres eines. Les pinces làser prometen un diagnòstic de càncer millor i més ràpid i s'han utilitzat per capturar virus, bacteris, petites partícules metàl·liques i cadenes d'ADN.
A les pinces òptiques, s'utilitza un feix de radiació coherent per subjectar i girar objectes microscòpics, de manera similar a com les pinces de metall o plàstic poden agafar objectes petits i fràgils. Les molècules individuals es poden manipular connectant-les a diapositives de mida micres o perles de poliestirè. Quan la biga colpeja la pilota, aquestacorba i té un lleuger impacte, empenyent la pilota directament cap al centre de la biga.
Això crea una "trampa òptica" que pot atrapar una partícula petita en un feix de llum.
Làser en medicina: pros i contres
L'energia de la radiació coherent, la intensitat de la qual es pot modular, s'utilitza per tallar, destruir o canviar l'estructura cel·lular o extracel·lular dels teixits biològics. A més, l'ús del làser en medicina, en definitiva, redueix el risc d'infecció i estimula la curació. L'ús de generadors quàntics en cirurgia augmenta la precisió de la dissecció, però són perillosos per a les dones embarassades i hi ha contraindicacions per a l'ús de fàrmacs fotosensibilitzants.
La complexa estructura dels teixits no permet una interpretació inequívoca dels resultats de les anàlisis biològiques clàssiques. Els làsers en medicina (foto) són una eina eficaç per a la destrucció de cèl·lules canceroses. Tanmateix, les potents fonts de radiació coherent actuen indiscriminadament i destrueixen no només els afectats, sinó també els teixits circumdants. Aquesta propietat és una eina important en la tècnica de microdissecció utilitzada per realitzar anàlisis moleculars en un lloc d'interès amb la capacitat de destruir selectivament les cèl·lules en excés. L'objectiu d'aquesta tecnologia és superar l'heterogeneïtat present en tots els teixits biològics per tal de facilitar-ne l'estudi en una població ben definida. En aquest sentit, la microdissecció làser ha contribuït significativament al desenvolupament de la recerca, a la comprensiómecanismes fisiològics que avui dia es poden demostrar clarament a nivell d'una població i fins i tot d'una sola cèl·lula.
La funcionalitat de l'enginyeria de teixits avui en dia s'ha convertit en un factor important en el desenvolupament de la biologia. Què passa si les fibres d'actina es tallen durant la divisió? Un embrió de Drosophila serà estable si la cèl·lula es destrueix durant el plegament? Quins són els paràmetres implicats en la zona de meristemes d'una planta? Tots aquests problemes es poden resoldre amb làser.
Nanomedicina
Recentment, han sorgit moltes nanoestructures amb propietats adequades per a una sèrie d'aplicacions biològiques. Els més importants d'ells són:
- Els punts quàntics són partícules petites que emeten llum de mida nanomètrica que s'utilitzen en imatges cel·lulars altament sensibles;
- nanopartícules magnètiques que han trobat aplicació en la pràctica mèdica;
- partícules de polímer per a molècules terapèutiques encapsulades;
- nanopartícules metàl·liques.
El desenvolupament de la nanotecnologia i l'ús del làser en medicina, en definitiva, ha revolucionat la manera d'administrar els fàrmacs. Les suspensions de nanopartícules que contenen fàrmacs poden augmentar l'índex terapèutic de molts compostos (augmentar la solubilitat i l'eficàcia, reduir la toxicitat) en afectar selectivament els teixits i cèl·lules afectats. Entreguen l'ingredient actiu i també regulen l'alliberament de l'ingredient actiu en resposta a l'estimulació externa. La nanoteranosi va més enllàun enfocament experimental que permet l'ús dual de nanopartícules, compostos de fàrmacs, teràpia i eines de diagnòstic per imatge, obrint el camí cap a un tractament personalitzat.
L'ús de làsers en medicina i biologia per a la microdissecció i la fotoablació va permetre entendre els mecanismes fisiològics del desenvolupament de la mal altia a diferents nivells. Els resultats ajudaran a determinar els millors mètodes de diagnòstic i tractament per a cada pacient. També serà indispensable el desenvolupament de la nanotecnologia en estreta connexió amb els avenços en la imatge. La nanomedicina és una nova forma prometedora de tractament per a certs càncers, mal alties infeccioses o diagnòstics.
