In de afgelopen halve eeuw zijn lasers gebruikt in oogheelkunde, oncologie, plastische chirurgie en vele andere gebieden van geneeskunde en biomedisch onderzoek.
De mogelijkheid om licht te gebruiken om ziekten te behandelen is al duizenden jaren bekend. De oude Grieken en Egyptenaren gebruikten zonnestraling in therapie, en de twee ideeën waren zelfs verbonden in de mythologie - de Griekse god Apollo was de god van de zon en genezing.
Pas na de uitvinding van de coherente stralingsbron, meer dan 50 jaar geleden, werd het potentieel van het gebruik van licht in de geneeskunde echt onthuld.
Door hun speciale eigenschappen zijn lasers veel efficiënter dan straling van de zon of andere bronnen. Elke kwantumgenerator werkt in een zeer smal golflengtebereik en zendt coherent licht uit. Ook kun je met lasers in de geneeskunde hoge krachten creëren. De energiestraal kan worden geconcentreerd in een zeer klein punt, waardoor de hoge dichtheid wordt bereikt. Deze eigenschappen hebben ertoe geleid dat lasers tegenwoordig worden gebruikt in veel gebieden van medische diagnostiek, therapie en chirurgie.
Huid- en oogbehandeling
Het gebruik van lasers in de geneeskunde begon met oogheelkunde en dermatologie. QuantumDe generator werd in 1960 geopend. En een jaar later demonstreerde Leon Goldman hoe de robijnrode laser in de geneeskunde kan worden gebruikt om capillaire dysplasie, een soort moedervlek en melanoom te verwijderen.
Deze applicatie is gebaseerd op het vermogen van coherente stralingsbronnen om op een bepaalde golflengte te werken. Coherente stralingsbronnen worden nu veel gebruikt om tumoren, tatoeages, haar en moedervlekken te verwijderen.
Lasers van verschillende soorten en golflengten worden gebruikt in de dermatologie, omdat verschillende soorten laesies worden genezen en de belangrijkste absorberende stof erin. De golflengte hangt ook af van het huidtype van de patiënt.
Tegenwoordig kan men geen dermatologie of oogheelkunde beoefenen zonder lasers, aangezien deze de belangrijkste hulpmiddelen zijn geworden voor de behandeling van patiënten. Het gebruik van kwantumgeneratoren voor oogcorrectie en een breed scala aan oogheelkundige toepassingen nam toe nadat Charles Campbell in 1961 de eerste arts was die een rode laser in de geneeskunde gebruikte om een patiënt met een netvliesloslating te behandelen.
Later begonnen oogartsen voor dit doel argonbronnen van coherente straling in het groene deel van het spectrum te gebruiken. Hier werden de eigenschappen van het oog zelf, vooral de lens, gebruikt om de straal te focussen in het gebied van netvliesloslating. De sterk geconcentreerde kracht van het apparaat smelt haar letterlijk.
Patiënten met sommige vormen van maculaire degeneratie kunnen baat hebben bij laserchirurgie - laserfotocoagulatie en fotodynamische therapie. In de eerste procedure, de bundel coherentstraling wordt gebruikt om bloedvaten af te sluiten en hun pathologische groei onder de macula te vertragen.
Vergelijkbare studies werden gedaan in de jaren 1940 met zonlicht, maar artsen hadden de unieke eigenschappen van kwantumgeneratoren nodig om ze met succes te voltooien. Het volgende gebruik van de argonlaser was om inwendige bloedingen te stoppen. Selectieve absorptie van groen licht door hemoglobine, een pigment in rode bloedcellen, is gebruikt om bloedende bloedvaten te blokkeren. Om kanker te behandelen, vernietigen ze de bloedvaten die de tumor binnenkomen en voorzien deze van voedingsstoffen.
Dit kan niet worden bereikt met zonlicht. De geneeskunde is zeer conservatief, zoals het zou moeten zijn, maar bronnen van coherente straling hebben op verschillende gebieden ingang gevonden. Lasers in de geneeskunde hebben veel traditionele instrumenten vervangen.
Oogheelkunde en dermatologie hebben ook geprofiteerd van excimeerbronnen van coherente UV-straling. Ze worden veel gebruikt voor het hervormen van het hoornvlies (LASIK) voor oogcorrectie. Lasers in de esthetische geneeskunde worden gebruikt om vlekken en rimpels te verwijderen.
Winstgevende cosmetische chirurgie
Dergelijke technologische ontwikkelingen zijn onvermijdelijk populair bij commerciële investeerders, omdat ze een enorm winstpotentieel hebben. Het analytische bedrijf Medtech Insight schatte in 2011 de omvang van de markt voor laserschoonheidsapparatuur op meer dan 1 miljard dollar. inderdaad, ondanksafnemende algemene vraag naar medische systemen tijdens de wereldwijde neergang, op kwantumgenerator gebaseerde cosmetische operaties blijven genieten van een sterke vraag in de Verenigde Staten, de dominante markt voor lasersystemen.
Visualisatie en diagnostiek
Lasers in de geneeskunde spelen een belangrijke rol bij de vroege opsporing van kanker, evenals bij vele andere ziekten. In Tel Aviv raakte een groep wetenschappers bijvoorbeeld geïnteresseerd in IR-spectroscopie met behulp van infraroodbronnen van coherente straling. De reden hiervoor is dat kanker en gezond weefsel een verschillende infraroodpermeabiliteit kunnen hebben. Een van de veelbelovende toepassingen van deze methode is de detectie van melanomen. Bij huidkanker is een vroege diagnose erg belangrijk voor de overleving van de patiënt. Momenteel wordt melanoomdetectie met het oog gedaan, dus het blijft afhankelijk van de vaardigheid van de arts.
In Israël kan iedereen één keer per jaar gratis terecht voor een melanoomscreening. Een paar jaar geleden zijn er onderzoeken uitgevoerd in een van de grote medische centra, waardoor het mogelijk werd om in het infraroodbereik duidelijk het verschil waar te nemen tussen potentiële, maar niet gevaarlijke tekens, en echt melanoom.
Katzir, de organisator van de eerste SPIE-conferentie over biomedische optica in 1984, en zijn groep in Tel Aviv ontwikkelden ook optische vezels die transparant zijn voor infrarode golflengten, waardoor de methode kan worden uitgebreid tot interne diagnostiek. Bovendien kan het een snel en pijnloos alternatief zijn voor een uitstrijkjegynaecologie.
Blauwe halfgeleiderlaser in de geneeskunde heeft toepassing gevonden in fluorescentiediagnostiek.
Systemen op basis van kwantumgeneratoren beginnen ook röntgenstralen te vervangen, die traditioneel werden gebruikt bij mammografie. Röntgenfoto's stellen artsen voor een moeilijk dilemma: ze hebben een hoge intensiteit nodig om kanker betrouwbaar te detecteren, maar de toename van de straling zelf verhoogt het risico op kanker. Als alternatief wordt de mogelijkheid onderzocht om zeer snelle laserpulsen te gebruiken om de borst en andere delen van het lichaam, zoals de hersenen, in beeld te brengen.
OCT voor ogen en meer
Lasers in de biologie en geneeskunde zijn gebruikt in optische coherentietomografie (OCT), wat een golf van enthousiasme heeft veroorzaakt. Deze beeldvormingstechniek maakt gebruik van de eigenschappen van een kwantumgenerator en kan in re altime zeer duidelijke (in de orde van een micron), dwarsdoorsnede en driedimensionale beelden van biologisch weefsel opleveren. OCT wordt al gebruikt in de oogheelkunde en kan een oogarts bijvoorbeeld in staat stellen een dwarsdoorsnede van het hoornvlies te zien om retinale aandoeningen en glaucoom te diagnosticeren. Tegenwoordig begint de techniek ook in andere medische gebieden te worden gebruikt.
Een van de grootste velden die uit OCT naar voren komen, is beeldvorming via glasvezel van de slagaders. Optische coherentietomografie kan worden gebruikt om een gescheurde onstabiele plaque te evalueren.
Microscopie van levende organismen
Lasers in wetenschap, technologie, geneeskunde spelen ook meeeen sleutelrol in vele soorten microscopie. Op dit gebied is een groot aantal ontwikkelingen gaande, met als doel om zonder scalpel te visualiseren wat er in het lichaam van de patiënt gebeurt.
Het moeilijkste aan het verwijderen van kanker is de noodzaak om constant een microscoop te gebruiken, zodat de chirurg ervoor kan zorgen dat alles correct wordt gedaan. De mogelijkheid om live en real-time microscopie te doen is een belangrijke vooruitgang.
Een nieuwe toepassing van lasers in de techniek en de geneeskunde is de near-field scanning van optische microscopie, die beelden kan produceren met een resolutie die veel hoger is dan die van standaardmicroscopen. Deze methode is gebaseerd op optische vezels met inkepingen aan de uiteinden waarvan de afmetingen kleiner zijn dan de golflengte van licht. Dit maakte subgolflengte-beeldvorming mogelijk en legde de basis voor het afbeelden van biologische cellen. Het gebruik van deze technologie in IR-lasers zal een beter begrip van de ziekte van Alzheimer, kanker en andere veranderingen in cellen mogelijk maken.
PDT en andere behandelingen
Ontwikkelingen op het gebied van optische vezels helpen de mogelijkheden van het gebruik van lasers op andere gebieden te vergroten. Naast het feit dat ze diagnostiek in het lichaam mogelijk maken, kan de energie van coherente straling worden overgebracht naar waar het nodig is. Het kan worden gebruikt in de behandeling. Fiberlasers worden steeds geavanceerder. Ze zullen het medicijn van de toekomst radicaal veranderen.
Gebied van fotogeneeskunde met behulp van lichtgevoelige chemicaliënstoffen die op een bepaalde manier met het lichaam interageren, kunnen kwantumgeneratoren gebruiken om patiënten te diagnosticeren en te behandelen. Bij fotodynamische therapie (PDT), bijvoorbeeld, kunnen een laser en een lichtgevoelig medicijn het gezichtsvermogen herstellen bij patiënten met de "natte" vorm van leeftijdsgebonden maculaire degeneratie, de belangrijkste oorzaak van blindheid bij mensen ouder dan 50 jaar.
In de oncologie hopen bepaalde porfyrines zich op in kankercellen en fluoresceren ze wanneer ze op een bepaalde golflengte worden belicht, wat de locatie van de tumor aangeeft. Als dezelfde verbindingen vervolgens met een andere golflengte worden belicht, worden ze giftig en doden ze beschadigde cellen.
De helium-neonlaser met rood gas wordt in de geneeskunde gebruikt bij de behandeling van osteoporose, psoriasis, trofische ulcera, enz., omdat deze frequentie goed wordt geabsorbeerd door hemoglobine en enzymen. Straling vertraagt ontstekingen, voorkomt hyperemie en zwelling en verbetert de bloedcirculatie.
Gepersonaliseerde behandeling
Genetica en epigenetica zijn twee andere gebieden waar lasers kunnen worden gebruikt.
In de toekomst zal alles op nanoschaal gebeuren, waardoor we medicijnen kunnen doen op celschaal. Lasers die femtoseconde-pulsen kunnen genereren en afstemmen op specifieke golflengten zijn ideale partners voor medische professionals.
Dit opent de deur naar een gepersonaliseerde behandeling op basis van het individuele genoom van de patiënt.
Leon Goldman - de oprichterlasermedicijn
Sprekend over het gebruik van kwantumgeneratoren bij de behandeling van mensen, kan het niet ontbreken om Leon Goldman te noemen. Hij staat bekend als de "vader" van de lasergeneeskunde.
Al een jaar na het uitvinden van de coherente stralingsbron, werd Goldman de eerste onderzoeker die het gebruikte om huidziekten te behandelen. De techniek die de wetenschapper gebruikte, maakte de weg vrij voor de latere ontwikkeling van laserdermatologie.
Zijn onderzoek in het midden van de jaren zestig leidde tot het gebruik van de ruby-quantumgenerator bij netvlieschirurgie en tot ontdekkingen zoals het vermogen van coherente straling om tegelijkertijd de huid door te snijden en bloedvaten af te sluiten, waardoor bloedingen worden beperkt.
Goldman, een dermatoloog aan de Universiteit van Cincinnati voor het grootste deel van zijn carrière, richtte de American Society for Lasers in Medicine and Surgery op en hielp de basis te leggen voor laserveiligheid. Overleden 1997
Miniaturisatie
De eerste kwantumgeneratoren van 2 micron waren zo groot als een tweepersoonsbed en werden gekoeld met vloeibare stikstof. Tegenwoordig zijn er diodelasers ter grootte van een handpalm en zelfs kleinere fiberlasers verschenen. Deze veranderingen maken de weg vrij voor nieuwe toepassingen en ontwikkelingen. Het medicijn van de toekomst zal kleine lasers hebben voor hersenchirurgie.
Door technologische vooruitgang is er een constante verlaging van de kosten. Net zoals lasers gemeengoed zijn geworden in huishoudelijke apparaten, zijn ze een sleutelrol gaan spelen in ziekenhuisapparatuur.
Als eerdere lasers in de geneeskunde erg groot waren encomplex, heeft de huidige productie van optische vezels de kosten aanzienlijk verlaagd en de overgang naar nanoschaal zal de kosten nog meer verlagen.
Andere toepassingen
Urologen kunnen urethrale strictuur, goedaardige wratten, urinestenen, blaascontractuur en prostaatvergroting behandelen met lasers.
Het gebruik van de laser in de geneeskunde heeft neurochirurgen in staat gesteld om precieze incisies en endoscopische onderzoeken van de hersenen en het ruggenmerg te maken.
Dierenartsen gebruiken lasers voor endoscopische procedures, tumorcoagulatie, incisies en fotodynamische therapie.
Tandartsen gebruiken coherente straling voor het maken van gaatjes, tandvleeschirurgie, antibacteriële procedures, tandheelkundige desensibilisatie en orofaciale diagnostiek.
Laserpincet
Biomedische onderzoekers over de hele wereld gebruiken optische pincetten, celsorteerders en vele andere hulpmiddelen. Laserpincetten beloven een betere en snellere diagnose van kanker en zijn gebruikt om virussen, bacteriën, kleine metaaldeeltjes en DNA-strengen te vangen.
In optische pincetten wordt een bundel coherente straling gebruikt om microscopisch kleine objecten vast te houden en te roteren, vergelijkbaar met hoe metalen of plastic pincetten kleine en kwetsbare objecten kunnen oppakken. Individuele moleculen kunnen worden gemanipuleerd door ze te hechten aan objectglaasjes of polystyreenkralen ter grootte van een micron. Wanneer de straal de bal raakt,buigt en heeft een lichte impact, waarbij de bal recht in het midden van de straal wordt geduwd.
Hierdoor ontstaat een "optische val" die een klein deeltje in een lichtstraal kan vangen.
Laser in de geneeskunde: voor- en nadelen
De energie van coherente straling, waarvan de intensiteit kan worden gemoduleerd, wordt gebruikt om de cellulaire of extracellulaire structuur van biologische weefsels te snijden, te vernietigen of te veranderen. Daarnaast vermindert het gebruik van lasers in de geneeskunde, kortom, de kans op infectie en stimuleert het genezing. Het gebruik van kwantumgeneratoren bij chirurgie verhoogt de nauwkeurigheid van dissectie, maar ze zijn gevaarlijk voor zwangere vrouwen en er zijn contra-indicaties voor het gebruik van fotosensibiliserende medicijnen.
De complexe structuur van weefsels laat geen eenduidige interpretatie toe van de resultaten van klassieke biologische analyses. Lasers in de geneeskunde (foto) zijn een effectief hulpmiddel voor de vernietiging van kankercellen. Krachtige bronnen van coherente straling werken echter willekeurig en vernietigen niet alleen de aangetaste, maar ook de omliggende weefsels. Deze eigenschap is een belangrijk hulpmiddel in de microdissectietechniek die wordt gebruikt om moleculaire analyse uit te voeren op een interessante plaats met de mogelijkheid om overtollige cellen selectief te vernietigen. Het doel van deze technologie is om de heterogeniteit die aanwezig is in alle biologische weefsels te overwinnen om hun studie in een goed gedefinieerde populatie te vergemakkelijken. In die zin heeft lasermicrodissectie een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van onderzoek, aan het begripfysiologische mechanismen die tegenwoordig duidelijk kunnen worden aangetoond op het niveau van een populatie en zelfs een enkele cel.
De functionaliteit van tissue engineering is tegenwoordig een belangrijke factor geworden in de ontwikkeling van de biologie. Wat gebeurt er als actinevezels worden gesneden tijdens de deling? Zal een Drosophila-embryo stabiel zijn als de cel tijdens het vouwen wordt vernietigd? Welke parameters zijn betrokken bij de meristeemzone van een plant? Al deze problemen kunnen worden opgelost met lasers.
Nanogeneeskunde
De laatste tijd zijn er veel nanostructuren ontstaan met eigenschappen die geschikt zijn voor een reeks biologische toepassingen. De belangrijkste zijn:
- kwantumdots zijn kleine lichtemitterende deeltjes ter grootte van nanometers die worden gebruikt in zeer gevoelige cellulaire beeldvorming;
- magnetische nanodeeltjes die in de medische praktijk zijn toegepast;
- polymeerdeeltjes voor ingekapselde therapeutische moleculen;
- metalen nanodeeltjes.
De ontwikkeling van nanotechnologie en het gebruik van lasers in de geneeskunde, kortom, heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop medicijnen worden toegediend. Suspensies van geneesmiddelen die nanodeeltjes bevatten, kunnen de therapeutische index van veel verbindingen verhogen (de oplosbaarheid en werkzaamheid verhogen, de toxiciteit verminderen) door de aangetaste weefsels en cellen selectief te beïnvloeden. Ze leveren het actieve ingrediënt af en reguleren ook de afgifte van het actieve ingrediënt als reactie op externe stimulatie. Nanotheranostics is verdereen experimentele benadering die het dubbele gebruik van nanodeeltjes, geneesmiddelverbindingen, therapie en diagnostische beeldvormingshulpmiddelen mogelijk maakt, wat de weg vrijmaakt voor gepersonaliseerde behandeling.
Het gebruik van lasers in de geneeskunde en biologie voor microdissectie en fotoablatie maakte het mogelijk om de fysiologische mechanismen van ziekteontwikkeling op verschillende niveaus te begrijpen. De resultaten zullen helpen bij het bepalen van de beste methoden voor diagnose en behandeling voor elke patiënt. De ontwikkeling van nanotechnologie in nauwe samenhang met de vooruitgang op het gebied van beeldvorming zal ook onontbeerlijk zijn. Nanogeneeskunde is een veelbelovende nieuwe vorm van behandeling voor bepaalde vormen van kanker, infectieziekten of diagnostiek.
