Лазери в пластичната хирургия

В началото на миналия век, в публикация, озаглавена "Квантова теория на радиацията", Айнщайн теоретично обосновал процесите, които трябва да се случват, когато лазерът излъчва енергия. Майман изгради първия лазер през 1960 година. Оттогава бързото развитие на лазерната технология води до създаването на различни лазери, покриващи целия електромагнитен спектър. След това се сливат с други технологии, включително системи за визуализация, роботика и компютри, за да подобрят точността на предаването на лазерната радиация. В резултат на сътрудничеството в областта на физиката и биоинженерството медицинските лазери като терапевтични агенти се превърнаха в важна част от арсенала на хирурзите. Първоначално те са тромави и се използват само от хирурзи, които са специално обучени във физиката на лазерите. През последните 15 години дизайнът на медицински лазери е напреднал в посоката на лесна употреба и много хирурзи са изучавали основите на лазерната физика в следдипломното образование.

Тази статия разглежда: биофизиката на лазерите; взаимодействие на тъкани с лазерно лъчение; устройства, използвани понастоящем при пластична и реконструктивна хирургия общи изисквания за безопасност при работа с лазери; въпроси за по-нататъшното прилагане на лазери при интервенции на кожата.

Биофизика на лазерите

Лазерите излъчват светлинна енергия, която се движи под формата на вълни, подобни на обикновената светлина. Дължината на вълната е разстоянието между две съседни височини на вълните. Амплитудата е величината на максимума, определя интензивността на светлинната радиация. Честотата или периодът на светлинната вълна е времето, необходимо за един пълен цикъл на вълната. За да разберете ефекта на лазера, е важно да вземете предвид квантовата механика. Терминът "лазер" (LASER) е съкращение на фразата "усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на лъчение". Ако един фотон, единица светлинна енергия, се сблъска с атом, той прехвърля един от електроните на атома на по-високо енергийно ниво. Атомът в такова възбудено състояние става нестабилен и отново освобождава фотон, когато електрона преминава към първоначалното, по-ниско енергийно ниво. Този процес е известен като спонтанно излъчване. Ако атомът е във високо енергийно състояние и се сблъска с друг фотон, тогава при преминаване към ниско енергийно ниво той ще разпредели два фотона, които имат същата дължина на вълната, посоката и фазата. Този процес, наречен стимулирано излъчване на радиация, стои в основата на разбирането за лазерната физика.

Независимо от типа, всички лазери имат четири основни компонента: вълнуващ механизъм или източник на енергия, лазерна среда, оптична кухина или резонатор и система за изхвърляне. Повечето медицински лазери, използвани в пластичната хирургия на лицето, имат електрически възбуждащ механизъм. Някои лазери (например лазерен лазер, възбуден от флаш лампа) използват светлина като възбуждащ механизъм. Други могат да използват високоенергийни радиовълни или химични реакции, за да осигурят възбудителна енергия. Механизмът за възбуждане поглъща енергия в резонансна камера, съдържаща лазерна среда, която може да бъде твърд, течен, газообразен или полупроводим материал. Енергията, изпусната в кухината на резонатора, повишава електроните на атомите на лазерната среда до по-високо енергийно ниво. Когато половината от атомите в резонатора достигнат висока възбуда, настъпва инверсия на населението. Спонтанното излъчване започва, когато фотоните се излъчват във всички посоки, а някои от тях се сблъскват с вече възбудени атоми, което води до стимулирано излъчване на двойките фотони. Усилването на стимулираната емисия се получава, тъй като фотоните, движещи се по оста между огледалата, се отразяват предимно назад и напред. Това води до последователно стимулиране, тъй като тези фотони се сблъскват с други възбудени атоми. Едно огледало има 100% отражение, а другото - частично предава излъчената енергия от кухината. Тази енергия се прехвърля в биологичните тъкани чрез системата за изхвърляне. В повечето лазери е оптично влакно. Изключително изключение е C02 лазерът, който има система от огледала на шарнирен панел. За C02 лазера има оптични влакна, но те ограничават размера на петна и изходната енергия.

Светлината на лазера в сравнение с обикновената светлина е по-организирана и качествено интензивна. Тъй като лазерната среда е хомогенна, фотоните, излъчвани при стимулирани емисии, имат една дължина на вълната, което създава монохромност. Обикновено светлината се разсейва силно, когато се отдалечава от източника. Лазерната светлина се колимира: тя се разсейва малко, осигурявайки постоянна интензивност на енергия на голямо разстояние. Фотоните на лазерната светлина не само се движат в една посока, но имат същата времева и пространствена фаза. Това се нарича съгласуваност. Свойствата на монохромност, колимация и кохерентност разграничават лазерната светлина от разсеяната енергия на обикновената светлина.

Лазерно-тъканно взаимодействие

Спектърът на лазерните ефекти върху биологичните тъкани се простира от модулацията на биологичните функции до изпарението. Повечето клинично използвани лазерни тъкани взаимодействия включват термична коагулация или изпаряване. В бъдеще лазерите могат да се използват не като източници на топлина, а като сонди за контролиране на клетъчните функции без странични ефекти на цитотоксични ефекти.

Ефектът на обикновения лазер върху тъканта зависи от три фактора: абсорбция на тъкани, дължина на вълната на лазера и плътност на лазерната енергия. Когато лазерният лъч се сблъска с тъкан, неговата енергия може да се абсорбира, отразява, предава или разсейва. При всяко взаимодействие на тъкан и лазер, четирите процеси се проявяват в различна степен, от които абсорбцията е най-важна. Степента на абсорбция зависи от съдържанието на хромофора в тъканта. Хромофорите са вещества, които ефективно абсорбират вълни с определена дължина. Например, енергията на СО2 лазера се абсорбира от меките тъкани на тялото. Това се дължи на факта, че дължината на вълната, съответстваща на С02, се абсорбира добре от водните молекули, които съставляват до 80% от меките тъкани. За разлика от това, C02 лазерът се абсорбира минимално от костта, което се дължи на ниското съдържание на вода в костната тъкан. Първоначално, когато тъканта абсорбира лазерната енергия, молекулите й започват да вибрират. Абсорбцията на допълнителна енергия причинява денатурация, коагулация и накрая изпаряване на протеина (изпаряване).

Когато лазерната енергия се отразява от тъканта, тя не се повреди, тъй като се променя посоката на излъчване на повърхността. Също така, ако лазерната енергия преминава през повърхностните тъкани в дълбокия слой, междинната тъкан не е засегната. Ако лазерният лъч се разсее в тъканта, енергията не се абсорбира от повърхността, а се разпределя на случаен принцип в дълбоките слоеве.

Третият фактор, касаещ взаимодействието на тъканите с лазера, е енергийната плътност. Когато лазерът и тъканта взаимодействат, когато всички други фактори са постоянни, промяната на размера на точката или времето на експозиция може да повлияе на тъканното състояние. Ако размерът на петна на лазерния лъч намалява, силата, действаща върху определен обем тъкан, се увеличава. Обратно, ако размерът на точката се увеличи, енергийната плътност на лазерния лъч намалява. За да промените размера на точката, можете да фокусирате, предварително фокусирате или обезлесявате изхвърлящата система върху плата. При предварително фокусиране и разфокусиране на лъчите размерът на точката е по-голям от фокусирания лъч, което води до по-ниска плътност на мощността.

Друг начин за промяна на тъканните ефекти е пулсирането на лазерната енергия. Всички импулсни режими на радиационно прекъсване на периодите на включване и изключване. Тъй като енергията не достига до тъканта по време на периодите на изключване, възможно е да се разсее топлината. Ако периодите на спиране са по-дълги от времето за термично отлежаване на целевата тъкан, вероятността от увреждане на околната тъкан чрез термична проводимост намалява. Времето за термично отдръпване е времето, необходимо за разсейване на половината топлина на даден предмет. Съотношението на продължителността на активната празнина към сумата от активните и пасивните интервали на пулсация се нарича мито цикъл.

Работен цикъл = включено / включено + изключено

Има различни импулсни режими. Енергията може да се произвежда в партиди, като се определя периодът, през който лазерът излъчва (напр. OD c). Енергията може да се припокрива, когато постоянна вълна се блокира на определени интервали от механичен затвор. В режим на супер импулс енергията не е просто блокирана, а се съхранява в лазерен източник на енергия по време на периода на изключване и след това се изхвърля по време на периода. Тоест пиковата енергия в суперпулсовия режим е значително по-висока от тази в режим на постоянен режим или припокриване.

При генериране на лазер в режима на гигантски импулси енергията също се запазва по време на периода на изключване, но в лазерна среда. Това се постига чрез използване на механизъм на амортисьора в резонаторната камера между двете огледала. Затвореният клапан предотвратява генерирането в лазера, но позволява съхраняването на енергия от всяка страна на клапата. Когато капакът е отворен, огледалата взаимодействат, което води до образуването на високоенергиен лазерен лъч. Пиковата енергия на генериращия лазер в режима на гигантски импулси е много висока с кратък цикъл на работа. Лазер със синхронизирани режими е подобен на лазер, който генерира в гигантски импулсен режим, тъй като между двете огледала в кухината е предвидена амортисьор. Лазер със синхронизирани режими отваря и затваря амортизатора си в синхрон с времето, необходимо за отразяване на светлината между две огледала.

Характеристики на лазерите

• Лазер с въглероден диоксид

Въглеродният диоксид лазер най-често се използва при оториноларингология / хирургия на главата и шията. Дължината на вълната му е 10,6 nm - невидима вълна на далечната инфрачервена област на спектъра на електромагнитно излъчване. Насочването по лъча на хелий-неонов лазер е необходимо, за да може хирургът да види района на влияние. Лазерната среда е С02. Неговата дължина на вълната се абсорбира добре от молекулите на водата в тъканта. Ефектите са повърхностни поради висока абсорбция и минимална дисперсия. Радиацията може да се предава само чрез огледала и специални лещи, поставени върху шарнирен панел. Коляновата греда може да бъде прикрепена към микроскопа за прецизна работа при увеличение. Енергията може да бъде изхвърлена и чрез дръжка за фокусиране, прикрепена към пантата.

• Nd: YAG лазер

Дължината на вълната на лазера Nd: YAG (итрий-алуминиев гранат с неодим) е 1064 nm, т.е. В близката инфрачервена област. Той е невидим за човешкото око и изисква подвижен хелие-неонов лазерен лъч. Лазерната среда е итриев алуминиев гранат с неодим. Повечето тъкани на тялото не абсорбират тази дължина на вълната добре. Пигментираната тъкан обаче я абсорбира по-добре от не пигментирания. Енергията се предава през повърхностните слоеве на повечето тъкани и се разпръсква в дълбоки слоеве.

В сравнение с лазера с въглероден диоксид, разсейването на Nd: YAG е много по-голямо. Следователно дълбочината на проникване е по-голяма и Nd: YAG е подходяща за коагулация на дълбоко разположени съдове. В експеримента максималната дълбочина на коагулацията е около 3 mm (температура на коагулация +60 ° С). Установени са добри резултати от лечението на дълбоки периорни капилярни и кавернообразни образувания с помощта на Nd: YAG лазер. Има също така доклад за успешна лазерна фотокоагулация с хемангиоми, лимфангиоми и вродени артрифенозни образувания. Въпреки това, по-голяма дълбочина на проникване и безразборно унищожаване предразполагат към увеличаване на следоперативните белези. Клинично това е сведено до минимум от безопасни настройки на мощността, точков подход към избухването и избягване на зоните на кожата. На практика използването на тъмночервен Nd: YAG лазер бе практически заменено с лазери с дължина на вълната, разположена в жълтата част на спектъра. Използва се обаче като помощен лазер за възлови образувания с тъмно червен цвят (цвят на порт).

Доказано е, че Nd: YAG лазерът потиска производството на колаген както във фибробластна култура, така и в нормална кожа in vivo. Това предполага успеха на този лазер при лечението на хипертрофични белези и келоиди. Но клинично честотата на релаксация след келоидите е висока въпреки мощната допълнителна локална терапия със стероиди.

• Свържете Nd: YAG лазер

Използването на Nd: YAG лазера в контактния режим значително променя физическите свойства и абсорбцията на лъчението. Контактният накрайник се състои от кристал от сапфир или кварц, директно прикрепен към края на лазерното влакно. Контактният връх взаимодейства директно с кожата и действа като термичен скалпел, като едновременно срязва и коагулира. Има съобщения за употреба на контактна точка с широк спектър от интервенции върху меките тъкани. Тези приложения са по-близо до електрокоагулацията, отколкото неконтактни Nd: YAG. По принцип хирурзите вече използват лазерни специфични дължини на вълната, които не са за рязане на тъкани, а за загряване на върха. Ето защо принципите на взаимодействие на лазера с тъканите не са приложими тук. Времето за реагиране на контактния лазер не е толкова пряка функция, колкото при използване на свободно влакно, поради което има период на изоставане при отопление и охлаждане. Въпреки това с опит този лазер става удобен за разпределяне на кожни и мускулни присадки.

• Аргон лазер

Аргоновият лазер излъчва видими вълни с дължина от 488-514 nm. Поради конструкцията на камерната камера и молекулната структура на лазерната среда, този тип лазер произвежда дълъг обхват на дължината на вълната. Индивидуалните модели могат да имат филтър, който ограничава излъчването до единична дължина на вълната. Енергията на аргоновия лазер е добре абсорбирана от хемоглобина и неговата дисперсия е междинна между въглеродния диоксид и Nd: YAG лазера. Радиационната система за аргонов лазер е оптичен носител. Поради голямата абсорбция от хемоглобина, съдовите неоплазми на кожата също поглъщат енергията на лазера.

• КТР лазер

KTP (калиев титанилфосфат) лазер е Nd: YAG лазер, чиято честота се удвоява (дължината на вълната се намалява наполовина), като преминава лазерната енергия през KT кристала. Това дава зелена светлина (дължина на вълната 532 nm), която съответства на абсорбционния пик на хемоглобина. Неговото проникване в тъканите и разсейване е подобно на това на аргонов лазер. Лазерната енергия се предава чрез влакна. При безконтактния режим лазерът се изпарява и коагулира. В полуконтактния режим върхът на влакното едва докосва тъканта и се превръща в режещ инструмент. Колкото повече енергия се използва, толкова повече лазерът действа като термичен нож, подобен на лазер с въглеродна киселина. Инсталации с по-ниска енергия се използват предимно за коагулация.

• Лазерен лазер, възбуден от флаш лампа

Лазерният лазер, възбуден от флаш лампата, беше първият медицински лазер, специално разработен за лечение на доброкачествени съдови неоплазми на кожата. Това е лазер с видима светлина с дължина на вълната 585 nm. Тази дължина на вълната съвпада с третия пик на абсорбция с оксимоглобулин и следователно енергията на този лазер се абсорбира предимно от хемоглобина. В диапазона от 577-585 nm има по-малко абсорбиране от конкуриращи се хромофори, като меланин, и по-малко разсейване на лазерната енергия в дермата и епидермиса. Лазерната среда е багрило родамин, който оптически се възбужда от флаш лампа, а радиационната система е оптичен носител. Върхът на лазера за боядисване има сменяема система от лещи, която позволява да се създаде размер на точките от 3, 5, 7 или 10 mm. Лазерът пулсира с период от 450 ms. Този индекс на пулсация е избран въз основа на времето за термично отлежаване на ектатичните съдове, намиращи се в доброкачествените съдови неоплазми на кожата.

• Меден лазерен лазер

Медният лазерен излъчвател произвежда видимо излъчване, имащо две отделни дължини на вълната: импулсна зелена вълна с дължина 512 nm и пулсираща жълта вълна с дължина 578 nm. Лазерната среда е мед, който е електрически възбуден (изпарен). Системата от влакнести влакна прехвърля енергия към върха, който има променлив точков размер от 150-1000 μm. Времето на експониране варира от 0,075 секунди до константа. Времето между импулсите също варира от 0.1 s до 0.8 s. Използва се лазерна светлина с жълта медна пара за лечение на доброкачествени съдови лезии по лицето. Зелената вълна може да се използва за лечение на такива пигментирани образувания като лунички, лентиго, неви и кератози.

• Неумощен жълт лазер за боядисване

Жълтият лазерен бояджий с ненаблъскваща вълна е лазер с видима светлина, който произвежда жълта светлина с дължина на вълната 577 nm. Подобно на лазера върху боя, развълнуван от флаш лампа, той се настройва чрез смяна на боята в камерата за активиране на лазера. Багрилото се възбужда от аргонов лазер. Системата за изхвърляне на този лазер също е оптичен кабел, който може да бъде фокусиран върху различни размери на местата. Лазерната светлина може да се пулсира с помощта на механичен затвор или върха на Hexascanner, прикрепен към края на оптичната система. Hexascanner произволно насочва импулсите на лазерната енергия в шестоъгълния контур. Като лазерен лазер, развълнуван от флаш лампа, и лазер с медни пари, жълт лазер за оцветяване с ненаблъскваща вълна е идеално подходящ за лечение на доброкачествени съдови лезии по лицето.

• Erbium лазер

Erbium: UAS лазерът използва лента от абсорбционен спектър с вода от 3000 nm. Неговата дължина на вълната от 2940 nm съответства на този пик и силно се абсорбира от тъканната вода (около 12 пъти по-голяма от лазерния въглероден диоксид). Този лазер, който излъчва в близкия инфрачервен спектър, е невидим за окото и трябва да се използва с видим направляващ лъч. Лазерът се изпомпва от флаш лампа и излъчва макро-импулси с продължителност от 200-300 μs, които се състоят от поредица от микропулси. Тези лазери се използват с върха, прикрепен към пантата. Сканиращо устройство може да бъде интегрирано в системата за по-бързо и по-равномерно отстраняване на тъканта.

• Руби лазер

Рубин лазер - лазер, изпомпан от импулсна лампа, излъчваща светлина с дължина на вълната 694 nm. Този лазер, разположен в червената област на спектъра, се вижда с окото. Той може да има лазерен затвор, за да произвежда къси импулси и да постигне по-дълбоко проникване в тъканта (по-дълбоко от 1 мм). Дълъг импулсен рубинен лазер се използва за преференциално загряване на космените фоликули по време на лазерно отстраняване на косми. Това лазерно лъчение се предава чрез огледала и системата на шарнирен прът. Той е слабо абсорбиран от водата, но силно се абсорбира от меланина. Различните пигменти, използвани за татуировки също поглъщат лъчи с дължина на вълната 694 nm.

• Александрит лазер

Александритският лазер, твърд лазер, който може да бъде надут с флаш лампа, има дължина на вълната 755 nm. Тази дължина на вълната, намираща се в червената част на спектъра, не се вижда от окото и поради това изисква водещ лъч. Той се абсорбира от сини и черни пигменти за татуировки, както и меланин, но не и хемоглобин. Това е сравнително компактен лазер, който може да предава радиация върху гъвкаво влакно. Лазерът прониква относително дълбоко, което го прави удобно за премахване на косата и татуировките. Размерът на точката е 7 и 12 мм.

• Диоден лазер

Неотдавна диоди на свръхпроводящи материали бяха директно свързани с оптични устройства, което доведе до излъчване на лазерно лъчение с различни дължини на вълната (в зависимост от характеристиките на използваните материали). Диодните лазери се отличават с тяхното изпълнение. Те могат да прехвърлят входящата електрическа енергия в светлината с ефективност 50%. Тази ефективност, свързана с по-малко генериране на топлина и входна мощност, позволява компактните диодни лазери да имат дизайн, който няма големи охладителни системи. Светлината се предава оптично.

• Филтрирана импулсна лампа

Филтрираната импулсна лампа, използвана за премахване на космите, не е лазер. Напротив, това е интензивен, несвързан, импулсен спектър. За излъчване на светлина с дължина на вълната 590-1200 nm, системата използва кристални филтри. Широчината и интегралната плътност на импулса, също променливи, отговарят на критериите за селективна фототермолиза, която поставя това устройство на равновесие с лазерите за отстраняване на косми.

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