Historia del láser médico
Con el desarrollo de la tecnología láser, gradualmente ha ido tomando forma una nueva disciplina aplicada: la medicina láser. Las ventajas únicas del láser han resuelto los problemas de la medicina tradicional. La investigación básica y muchos problemas que no se pueden resolver en la aplicación de Linchuan han atraído la atención de la comunidad médica nacional y extranjera.
Después de que Maiman desarrollara el primer láser de rubí en 1960, Zaret en 1961, Campbell en 1963 y Zweng en 1964 utilizaron tecnología de soldadura para el desprendimiento de retina, seguidos por Goodman en 1964 y Stern en 1964. campo de la odontología. En oftalmología, la aplicación del láser es la disciplina más temprana y madura. En algunas enfermedades oculares, el tratamiento con láser figura como la primera opción. Como roturas de retina en enfermedades del fondo de ojo, retinopatía serosa central, retinopatía diabética, enfermedad de Coats, retinosquisis, hemangioma de retina y glaucoma primario es un método de tratamiento para la miopía. Es una nueva tecnología que aplica la tecnología informática a la medicina refractiva y. es una revolución en el campo de la córnea refractiva. Hoy en día se realizan la queratomileusis con láser (PRK), la queratomileusis con láser in situ y la queratomileusis subepitelial con láser, siendo este último el método quirúrgico más moderno.
Los láseres también se están desarrollando rápidamente en otros departamentos, como la resección transuretral con láser y coagulación de la próstata, la revascularización miocárdica con láser, la litotricia con láser, etc.
Los láseres pueden realizar cirugías a través de diversos endoscopios, como el láser de holmio para meniscectomía mediante artroscopia, colecistectomía mediante laparoscopia, endometriosis, mediante gastroscopia, broncoscopia. El tratamiento con láser se puede utilizar para enfermedades del tracto digestivo, como hemorragias, pólipos, tumores benignos y malignos, etc., estenosis cicatriciales, granulaciones y pólipos inflamatorios, tumores benignos y malignos en el tracto respiratorio, etc., y la colonoscopia también puede tratar hemorragias en el recto, colon sigmoide y pólipos, benignos y malignos. tumores.
La faringoplastia láser se ha convertido en un tratamiento de rutina para el síndrome de apnea obstructiva del sueño.
Las herramientas de transmisión láser, como los brazos giratorios de guía de luz y las fibras ópticas, se desarrollaron rápidamente. Por ejemplo, en 1971, Nath, Alemania Occidental, fabricó una única fibra de cuarzo que podía transmitir un láser Ar+ de alta energía. En 1973, la primera La llegada de los endoscopios láser con transmisión de fibra óptica ahora se ha desarrollado en varias formas de cabezales de fibra óptica (esféricos, granulares, etc.), abriendo el camino para que los láseres ingresen a la cavidad interna. Después de que Estados Unidos desarrollara una nueva fibra óptica de infrarrojo lejano con un núcleo policristalino como el bromuro de talio en 1977, Japón también desarrolló con éxito una fibra óptica láser de CO2 para uso clínico en 1981.
Especialmente para la terapia fotodinámica, es decir, medicamentos fotosensibles combinados con terapia de irradiación láser, la fuente de luz láser también se ha desarrollado desde un único láser He-Ne (que ya no se usa comúnmente) hasta láseres de tinte y láseres de vapor de oro. , y láseres de criptón (Kr+) y láseres semiconductores.
Los fotosensibilizadores se han desarrollado a partir de derivados de la hematoporfirina (HPD) en una variedad de fotosensibilizadores láser con mejores efectos, como la hematoporfirina pero monometimemetano (HMME), la ftalocianina de combustible sintético, la ftalocianina de zinc sulfonada (ZR-PeS4). Entre los derivados de la clorina se encuentran las sulfoftalocianinas (SP), la L-monoaspartilclorina (Npe6) y el derivado de clorofila nº 4 (CPD4), así como el ácido 5-aminocetóxico (ALA).
El alcance de la terapia fotodinámica se extiende desde enfermedades malignas tumores, como cáncer de piel, cáncer de pulmón, tumores del tracto digestivo, cáncer de vejiga, etc., hasta el tratamiento de lesiones benignas, como mancha de vino de Oporto, degeneración macular relacionada con la edad, etc.
La cosmetología láser solía limitarse a nevos pigmentados de la piel, lesiones vasculares, etc., pero ahora se ha convertido en medicina cosmética con láser. Esto se debe principalmente a la teoría del "efecto fototérmico selectivo" de Anderson en la década de 1980. es decir, de acuerdo con las características biológicas de los diferentes tejidos, se seleccionan la longitud de onda, la energía y la duración del pulso apropiadas para garantizar un tratamiento eficaz de los tejidos enfermos minimizando al mismo tiempo el daño a los tejidos normales circundantes.
A principios de la década de 1980, se utilizaban iones de argón para tratar lesiones vasculares. A finales de la década de 1980, se desarrollaron los láseres de combustible pulsado amarillo (PDL). A mediados de la década de 1990, se utilizó la duplicación de frecuencia YAG. producir luz verde de 532 nm se ha utilizado para tratar las manchas de vino de Oporto y la dilatación de los vasos sanguíneos pequeños se ha mejorado significativamente para las lesiones de melanina; el láser de rubí con conmutación Q se ha utilizado para tratar el nevo de Ota en la década de 1980 y se ha logrado; En la década de 1990, también se desarrolló el láser Q Switching Nd: YAG de doble frecuencia, que logró resultados casi perfectos en el tratamiento de enfermedades pigmentadas. En términos de eliminación de arrugas, también se desarrolló desde el láser de CO2 pulsado hasta el láser superpulsado. Tratamiento con láser de CO2 en 1994 (con mejores resultados en caucásicos) y en 1996. El desarrollo del tratamiento con láser de cebo de 2940 nm ha permitido la eliminación de arrugas con láser en la piel amarilla. La depilación comenzó con láser de rubí y Nd:YAG a principios de la década de 1990. desarrollado para la depilación láser semiconductor a finales de la década de 1990, logrando mejores resultados.
Lo anterior es el desarrollo del láser de alta intensidad, que vaporiza, corta, coagula y cauteriza las lesiones del paciente, y se desarrolla hasta el punto en que puede destruir selectivamente las lesiones sin dañar el tejido normal para lograr Tratamiento.
Además de máquinas de tratamiento láser, también producimos fibras ópticas especiales, endoscopios láser y diversos tipos de catéteres para tratamientos intervencionistas. Las lámparas de hendidura láser, los microscopios quirúrgicos láser, etc., así como el equipo de soporte necesario para diversos tipos de equipos médicos láser, son suministrados por fabricantes especializados.
Además, los equipos láser para la investigación biomédica básica y el diagnóstico clínico también son un área clave de desarrollo en el país y en el extranjero, como la tecnología de fluorescencia láser, la tecnología láser Raman, la tecnología de análisis de células láser, la micro -tecnología de haz, etc., y algunos de sus equipos láser correspondientes se han convertido en productos y otros se han utilizado en laboratorios.
Parámetros de rendimiento del láser
1. Energía del láser y potencia de salida. Hay dos aspectos inevitablemente involucrados en los efectos biológicos del láser, las características del láser y las características del tejido biológico. Hay muchos parámetros para expresar las características del láser, pero para la biomedicina, los parámetros más directamente relacionados son: longitud de onda del láser, energía de salida o potencia de salida, densidad de energía de irradiación o densidad de potencia de irradiación, tamaño del punto de irradiación, duración de la irradiación o ancho de pulso. Entre ellos, el parámetro más utilizado es la densidad de potencia de irradiación o densidad de energía de irradiación, es decir, la potencia de irradiación (energía) dividida por el área del punto. El primero se denomina "irradiancia" [W/cm2 (Watt/cm2)], y el primero se denomina "irradiancia" [W/cm2 (Watt/cm2)]. Este último se denomina "Dosis de irradiación" [J/cm2 (joule/cm2)], son los principales parámetros para evaluar cualquier efecto biológico, y también los principales parámetros para evaluar el efecto del tratamiento clínico. La fórmula de cálculo es:
Densidad de potencia = potencia de irradiación/área del punto=P/πr2
Densidad de energía = energía de irradiación/área del punto=E/πr2
En la fórmula, P es la potencia de irradiación, su unidad es vatio (W); π es el pi (aproximadamente 3,14); E es la energía de irradiación, es decir, potencia de irradiación × ancho de pulso, su unidad. es J(J).
Generalmente, el láser continuo se expresa mediante densidad de potencia y el láser pulsado se expresa mediante densidad de energía.
La dosis de láser irradiado al cuerpo humano es diferente y los efectos biológicos también son diferentes, en términos generales, el método de destrucción del tejido para lograr el propósito de tratar enfermedades, como quemaduras, coagulación y corte. , y vaporización, es lo que llamamos láser fuerte, o láser de alta potencia, tratamiento no destructivo, es decir, cuando el láser actúa sobre el tejido biológico, no provoca un daño irreversible al tejido biológico, sino que estimula al organismo a producir un; serie de respuestas para regular, mejorar o inhibir la función, logrando así el tratamiento. Para fines de enfermedad, a este láser lo llamamos láser de baja intensidad, o láser de baja potencia, láser de baja intensidad, láser de baja energía. El láser de baja intensidad se divide en dosis grandes, medianas y pequeñas. Las dosis pequeñas pueden tener un efecto estimulante, mientras que las dosis grandes pueden tener un efecto inhibidor.
2. Modo de oscilación del láser. Estos incluyen continuo, pulsado y Q-switched. El efecto principal del láser continuo en el cuerpo es el calor, mientras que el efecto del láser de pulso en el cuerpo no es solo el efecto del calor, sino también el efecto de la presión que no se puede ignorar si se utiliza el láser de conmutación Q, la potencia máxima del pulso. se puede aumentar.
3. Longitud de onda del láser. Diferentes longitudes de onda tienen diferentes efectos en el cuerpo. Por ejemplo, el efecto del láser infrarrojo en el cuerpo es un efecto térmico; los rayos del infrarrojo cercano pueden penetrar más profundamente en el tejido; el efecto de la banda ultravioleta en el cuerpo es un efecto actínico; ; los láseres de distintas longitudes de onda tienen efectos diferentes en el cuerpo vivo. Obviamente, existen efectos diferentes.
Modo láser: El láser se puede dividir en multimodo y monomodo. El diagrama de sección transversal de su densidad de potencia pertenece al tipo gaussiano, es decir, la densidad de potencia en el medio del punto es. mucho mayor que el borde. Este modo tiene la mejor coherencia. Tiene la mejor direccionalidad, por lo que se puede utilizar como bisturí láser y holografía. Debido a que los láseres multimodo son fáciles de fabricar en el proceso de fabricación, las máquinas producidas son más potentes y solo se utilizan para irradiación local en medicina.
4. Polarización láser. Debido a que la onda de luz es un tipo de onda electromagnética, el fenómeno en el que el vector de vibración de la luz está sesgado en ciertas direcciones se llama polarización, y la luz con fenómeno de polarización se llama luz polarizada debido a la particularidad de su mecanismo de emisión de luz. El láser emitido por el láser puede ser luz polarizada. Generalmente, el láser emitido por un láser con ventana de Brewster es luz completamente polarizada, que se puede utilizar para diagnosticar tumores en medicina. Debido a que los ángulos de polarización de las células cancerosas y las células normales son diferentes, el cáncer. Se pueden distinguir células y células normales. Además, Mester demostró que mientras sea luz polarizada, independientemente de si es luz coherente, tiene un efecto estimulante sobre los organismos. Esto se debe a que la intensidad del campo eléctrico polarizado cambia la conformación de la bicapa lipídica de la membrana celular. Esto afecta las propiedades de la superficie de la membrana, como cambios en la distribución de carga, que a su vez pueden afectar todos los procesos relacionados con la membrana celular, como cambios en la energía celular, la inmunidad y las enzimas.
5. Tiempo de acción. En términos generales, cuanto más tiempo irradia el láser el cuerpo, más fuerte es la reacción del cuerpo. Cuanto más corto es el tiempo de irradiación, menos oportunidades hay para que el calor se transfiera al entorno, menor es el volumen calentado y menor es el impacto en los tejidos circundantes.
Efectos biológicos del láser
(1) Propiedades mecánicas del tejido biológico (densidad, elasticidad, etc.): Si la densidad del tejido es alta, la intensidad de la acción del láser sobre disminuirá.
(2) Propiedades térmicas (calor específico, conductividad térmica, difusividad térmica): Cuanto mayor sea la conductividad térmica del tejido, mayor será el efecto del láser sobre él; mayor será la difusividad térmica del tejido; Cuanto menor sea el daño del láser; mayor será la capacitancia, más lento aumentará la temperatura de la piel.
(3) Propiedades eléctricas: impedancia, polarizabilidad.
(4) Propiedades ópticas (reflectividad, absortividad, transmisión, dispersión): cuanto mayor sea la tasa de absorción del láser en el tejido, mayor será la reacción, mayor será la reflectividad y la transmitancia, mayor será el efecto; en el tejido Cuanto más pequeño.
(5) Propiedades acústicas: resistencia acústica, tasa de absorción acústica.
(6) Características biológicas: pigmento tisular, contenido de agua, flujo sanguíneo, irregularidades, estructura jerárquica, etc. Cuanto más pigmento tenga el tejido, más fuerte será el efecto del láser sobre él.
Se puede observar que el efecto del láser sobre el tejido biológico está determinado por muchos factores complejos, especialmente la estructura jerárquica del tejido biológico, lo que complica los factores. Sin embargo, los principales factores que afectan el grado de respuesta biológica al irradiar tejido biológico con láser son: la longitud de onda del láser y el tamaño del ángulo de divergencia del láser y la duración de la radiación; las características de absorción del tejido objetivo; el contenido de agua y el contenido de pigmento.
La luz ultravioleta no puede ser absorbida ni almacenada por las moléculas porque la energía del fotón es demasiado grande, pero puede destruir enzimas e inducir mutaciones genéticas. En el caso de la luz infrarroja, debido a que la energía del fotón es demasiado pequeña, solo puede hacer que las moléculas vibren y giren, y calienten los tejidos biológicos. Desde el ultravioleta cercano, desde la luz visible hasta el infrarrojo cercano, se pueden provocar la mayoría de los procesos fotoquímicos que son cruciales en los procesos de la vida. Lo más importante sobre el efecto del láser en los procesos bioquímicos intracelulares es aclarar el valor real de la absorción vibratoria, y cuando la absorción máxima de los metabolitos intracelulares coincide con la longitud de onda del láser utilizado, se producirá un daño selectivo, que no será detallado aquí.
Cuando el láser irradia la superficie del cuerpo y los tejidos blandos, desde bandas ultravioleta hasta infrarrojas cercanas, cuanto más larga es la longitud de onda, más profunda es la penetración. La profundidad de penetración alcanza el valor máximo en rojo e infrarrojo cercano. Al considerar los efectos biológicos del láser, hay dos parámetros que deben considerarse: el sistema de absorción del tejido biológico y la profundidad de penetración real del láser. Según algunos experimentos, se pueden sacar las siguientes conclusiones: ① El tejido coloreado absorbe. más que tejido incoloro ② La absorción del tejido coloreado es selectiva; ③El láser penetra fácilmente la piel a través del tejido blando.