Hơn nửa thế kỷ qua, laser đã được sử dụng trong nhãn khoa, ung thư, phẫu thuật thẩm mỹ và nhiều lĩnh vực nghiên cứu y sinh và y học khác.
Khả năng sử dụng ánh sáng để điều trị bệnh đã được biết đến từ hàng nghìn năm nay. Người Hy Lạp và Ai Cập cổ đại đã sử dụng bức xạ mặt trời trong trị liệu, và hai ý tưởng này thậm chí còn được liên kết trong thần thoại - vị thần Hy Lạp Apollo là vị thần của mặt trời và chữa bệnh.
Chỉ sau khi phát minh ra nguồn bức xạ kết hợp cách đây hơn 50 năm, tiềm năng của việc sử dụng ánh sáng trong y học mới thực sự được hé lộ.
Do tính chất đặc biệt của chúng, tia laser hiệu quả hơn nhiều so với bức xạ từ mặt trời hoặc các nguồn khác. Mỗi máy phát lượng tử hoạt động trong một dải bước sóng rất hẹp và phát ra ánh sáng kết hợp. Ngoài ra, tia laser trong y học cho phép bạn tạo ra năng lượng cao. Chùm năng lượng có thể tập trung ở một điểm rất nhỏ, nhờ đó mà nó đạt được mật độ lớn. Những đặc tính này đã dẫn đến thực tế là ngày nay laser được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chẩn đoán y tế, trị liệu và phẫu thuật.
Điều trị da và mắt
Việc sử dụng laser trong y học bắt đầu từ nhãn khoa và da liễu. Lượng tửMáy phát điện được khai trương vào năm 1960. Và một năm sau, Leon Goldman đã chứng minh cách sử dụng tia laser màu đỏ ruby trong y học để loại bỏ chứng loạn sản mao mạch, một loại vết bớt và khối u ác tính.
Ứng dụng này dựa trên khả năng hoạt động của các nguồn bức xạ kết hợp ở một bước sóng nhất định. Các nguồn bức xạ kết hợp hiện đang được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các khối u, hình xăm, lông và nốt ruồi.
Laser có nhiều loại và bước sóng khác nhau được sử dụng trong da liễu, do các loại tổn thương khác nhau được chữa khỏi và chất hấp thụ chính bên trong chúng. Bước sóng cũng phụ thuộc vào loại da của bệnh nhân.
Ngày nay, người ta không thể hành nghề da liễu hoặc nhãn khoa nếu không có laser, vì chúng đã trở thành công cụ chính để điều trị bệnh nhân. Việc sử dụng máy phát lượng tử để điều chỉnh thị lực và một loạt các ứng dụng nhãn khoa đã phát triển sau khi Charles Campbell trở thành bác sĩ đầu tiên sử dụng tia laser đỏ trong y học vào năm 1961 để điều trị cho một bệnh nhân bị bong võng mạc.
Sau đó, vì mục đích này, các bác sĩ nhãn khoa bắt đầu sử dụng các nguồn bức xạ kết hợp argon trong phần màu xanh lá cây của quang phổ. Ở đây, các đặc tính của bản thân mắt, đặc biệt là thấu kính, được sử dụng để hội tụ chùm tia trong vùng bong võng mạc. Sức mạnh tập trung cao độ của thiết bị đã kết dính cô ấy theo đúng nghĩa đen.
Bệnh nhân bị một số dạng thoái hóa điểm vàng có thể được hưởng lợi từ phẫu thuật laser - liệu pháp quang đông và quang động bằng laser. Trong quy trình đầu tiên, chùm tia mạch lạcbức xạ được sử dụng để bịt kín các mạch máu và làm chậm sự phát triển bệnh lý của chúng dưới hoàng điểm.
Các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện vào những năm 1940 với ánh sáng mặt trời, nhưng các bác sĩ cần các đặc tính độc đáo của máy phát lượng tử để hoàn thành chúng thành công. Việc sử dụng tiếp theo của laser argon là để cầm máu bên trong. Sự hấp thụ có chọn lọc ánh sáng xanh bởi hemoglobin, một sắc tố trong tế bào hồng cầu, đã được sử dụng để ngăn chặn các mạch máu đang chảy máu. Để điều trị ung thư, chúng phá hủy các mạch máu đi vào khối u và cung cấp chất dinh dưỡng cho khối u.
Điều này không thể đạt được nếu sử dụng ánh sáng mặt trời. Y học vẫn còn rất thận trọng, nhưng các nguồn bức xạ kết hợp đã được chấp nhận trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Laser trong y học đã thay thế nhiều công cụ truyền thống.
Nhãn khoa và da liễu cũng được hưởng lợi từ các nguồn bức xạ UV mạch lạc. Chúng đã được sử dụng rộng rãi để định hình lại giác mạc (LASIK) để điều chỉnh thị lực. Laser trong y học thẩm mỹ được sử dụng để xóa mờ vết thâm và nếp nhăn.
Phẫu thuật thẩm mỹ sinh lời
Những phát triển công nghệ như vậy chắc chắn sẽ phổ biến với các nhà đầu tư thương mại, vì chúng có tiềm năng sinh lời rất lớn. Năm 2011, công ty phân tích Medtech Insight ước tính quy mô thị trường thiết bị làm đẹp bằng laser vào khoảng hơn 1 tỷ đô la Mỹ. Thật vậy, mặc dùNhu cầu tổng thể về hệ thống y tế giảm trong thời kỳ suy thoái toàn cầu, các ca phẫu thuật thẩm mỹ dựa trên máy phát lượng tử tiếp tục có nhu cầu mạnh mẽ ở Hoa Kỳ, thị trường thống trị hệ thống laser.
Hình ảnh hóa và chẩn đoán
Laser trong y học đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện sớm bệnh ung thư, cũng như nhiều bệnh khác. Ví dụ, ở Tel Aviv, một nhóm các nhà khoa học bắt đầu quan tâm đến phương pháp quang phổ IR sử dụng các nguồn bức xạ kết hợp hồng ngoại. Lý do cho điều này là ung thư và mô khỏe mạnh có thể có khả năng thẩm thấu tia hồng ngoại khác nhau. Một trong những ứng dụng đầy hứa hẹn của phương pháp này là phát hiện các khối u ác tính. Trong ung thư da, chẩn đoán sớm là rất quan trọng đối với sự sống còn của bệnh nhân. Hiện tại, việc phát hiện khối u ác tính được thực hiện bằng mắt, vì vậy vẫn phải dựa vào tay nghề của bác sĩ.
Ở Israel, mọi người đều có thể đi khám tầm soát ung thư hắc tố miễn phí mỗi năm một lần. Một vài năm trước, các nghiên cứu đã được thực hiện tại một trong những trung tâm y tế lớn, nhờ đó có thể quan sát rõ ràng sự khác biệt trong phạm vi hồng ngoại giữa các dấu hiệu tiềm ẩn nhưng không nguy hiểm và khối u ác tính thực sự.
Katzir, người tổ chức hội nghị SPIE đầu tiên về quang học y sinh năm 1984, và nhóm của ông ở Tel Aviv cũng đã phát triển các sợi quang học trong suốt với bước sóng hồng ngoại, cho phép mở rộng phương pháp này sang chẩn đoán nội bộ. Ngoài ra, nó có thể là một giải pháp thay thế nhanh chóng và không đau cho phết tế bào cổ tử cung trongphụ khoa.
Laser bán dẫn màu xanh lam trong y học đã được ứng dụng trong chẩn đoán huỳnh quang.
Các hệ thống dựa trên máy phát lượng tử cũng đang bắt đầu thay thế tia X, vốn thường được sử dụng trong chụp nhũ ảnh. Chụp X-quang khiến các bác sĩ gặp một tình thế khó xử: họ cần cường độ cao để phát hiện ung thư một cách đáng tin cậy, nhưng bản thân sự gia tăng bức xạ lại làm tăng nguy cơ ung thư. Thay vào đó, khả năng sử dụng các xung laser rất nhanh để hình ảnh ngực và các bộ phận khác của cơ thể, chẳng hạn như não, đang được nghiên cứu.
OCT cho mắt và hơn thế nữa
Tia laser trong sinh học và y học đã được sử dụng trong chụp cắt lớp liên kết quang học (OCT), đã gây ra một làn sóng nhiệt tình. Kỹ thuật hình ảnh này sử dụng các đặc tính của máy phát lượng tử và có thể cung cấp hình ảnh rất rõ ràng (theo thứ tự của một micrômet), mặt cắt ngang và hình ảnh ba chiều của mô sinh học trong thời gian thực. OCT đã được sử dụng trong nhãn khoa và chẳng hạn, có thể cho phép bác sĩ nhãn khoa nhìn thấy mặt cắt của giác mạc để chẩn đoán các bệnh về võng mạc và bệnh tăng nhãn áp. Ngày nay, kỹ thuật này cũng bắt đầu được sử dụng trong các lĩnh vực y học khác.
Một trong những lĩnh vực lớn nhất nổi lên từ OCT là chụp ảnh động mạch bằng sợi quang. Chụp cắt lớp kết hợp quang học có thể được sử dụng để đánh giá mảng bám không ổn định bị vỡ.
Kính hiển vi sinh vật sống
Tia laser trong khoa học, công nghệ, y học cũng chơimột vai trò quan trọng trong nhiều loại kính hiển vi. Một số lượng lớn các phát triển đã được thực hiện trong lĩnh vực này, mục đích là để hình dung những gì đang xảy ra bên trong cơ thể bệnh nhân mà không cần sử dụng dao mổ.
Phần khó nhất trong việc loại bỏ ung thư là cần phải liên tục sử dụng kính hiển vi để bác sĩ phẫu thuật có thể đảm bảo mọi thứ được thực hiện chính xác. Khả năng thực hiện kính hiển vi trực tiếp và thời gian thực là một tiến bộ đáng kể.
Một ứng dụng mới của laser trong kỹ thuật và y học là quét trường gần của kính hiển vi quang học, có thể tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao hơn nhiều so với kính hiển vi tiêu chuẩn. Phương pháp này dựa trên các sợi quang học có các rãnh ở đầu, kích thước của chúng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng. Điều này cho phép chụp ảnh bước sóng dưới bước sóng và đặt nền tảng cho việc chụp ảnh các tế bào sinh học. Việc sử dụng công nghệ này trong laser IR sẽ cho phép hiểu rõ hơn về bệnh Alzheimer, ung thư và những thay đổi khác trong tế bào.
PDT và các phương pháp điều trị khác
Sự phát triển trong lĩnh vực sợi quang học giúp mở rộng khả năng sử dụng laser trong các lĩnh vực khác. Ngoài thực tế là chúng cho phép chẩn đoán bên trong cơ thể, năng lượng của bức xạ kết hợp có thể được chuyển đến nơi cần thiết. Nó có thể được sử dụng trong điều trị. Laser sợi quang đang trở nên tiên tiến hơn nhiều. Họ sẽ thay đổi hoàn toàn nền y học trong tương lai.
Lĩnh vực y sinh sử dụng hóa chất cảm quangcác chất tương tác với cơ thể theo một cách cụ thể có thể sử dụng máy phát lượng tử để chẩn đoán và điều trị cho bệnh nhân. Ví dụ, trong liệu pháp quang động (PDT), tia laser và thuốc cảm quang có thể phục hồi thị lực ở những bệnh nhân bị thoái hóa điểm vàng do tuổi già, nguyên nhân hàng đầu gây mù lòa ở những người trên 50 tuổi.
Trong ung thư học, một số porphyrin nhất định tích tụ trong tế bào ung thư và phát huỳnh quang khi được chiếu sáng ở một bước sóng nhất định, cho biết vị trí của khối u. Nếu những hợp chất tương tự này sau đó được chiếu sáng với một bước sóng khác, chúng sẽ trở nên độc hại và giết chết các tế bào bị tổn thương.
Tia laser khí heli-neon màu đỏ được sử dụng trong y học để điều trị loãng xương, vẩy nến, loét dinh dưỡng, v.v., vì tần số này được hấp thụ tốt bởi hemoglobin và các enzym. Bức xạ làm chậm quá trình viêm, ngăn ngừa sung huyết và sưng tấy, đồng thời cải thiện lưu thông máu.
Điều trị cá nhân hóa
Di truyền và biểu sinh là hai lĩnh vực khác mà laser có thể được sử dụng.
Trong tương lai, mọi thứ sẽ xảy ra ở quy mô nano, cho phép chúng ta làm y học ở quy mô tế bào. Laser có thể tạo ra xung femto giây và điều chỉnh theo các bước sóng cụ thể là đối tác lý tưởng cho các chuyên gia y tế.
Điều này sẽ mở ra cánh cửa điều trị được cá nhân hóa dựa trên bộ gen cá nhân của bệnh nhân.
Leon Goldman - người sáng lậpthuốc laze
Nói đến công dụng của máy phát lượng tử trong việc chữa bệnh cho con người, không thể không nhắc đến Leon Goldman. Ông được mệnh danh là "cha đẻ" của y học laser.
Đã một năm sau khi phát minh ra nguồn bức xạ kết hợp, Goldman trở thành nhà nghiên cứu đầu tiên sử dụng nó để điều trị bệnh ngoài da. Kỹ thuật mà nhà khoa học sử dụng đã mở đường cho sự phát triển tiếp theo của ngành da liễu bằng laser.
Nghiên cứu của ông vào giữa những năm 1960 đã dẫn đến việc sử dụng máy phát lượng tử ruby trong phẫu thuật võng mạc và khám phá ra khả năng bức xạ kết hợp đồng thời cắt da và niêm phong mạch máu, hạn chế chảy máu.
Goldman, bác sĩ da liễu tại Đại học Cincinnati trong phần lớn sự nghiệp của mình, đã thành lập Hiệp hội Laser trong Y học và Phẫu thuật Hoa Kỳ và giúp đặt nền móng cho sự an toàn của tia laser. Mất năm 1997
Thu nhỏ
Máy phát lượng tử 2 micron đầu tiên có kích thước bằng một chiếc giường đôi và được làm mát bằng nitơ lỏng. Ngày nay, các laser diode có kích thước bằng lòng bàn tay và thậm chí là laser sợi quang nhỏ hơn đã xuất hiện. Những thay đổi này mở đường cho các ứng dụng và sự phát triển mới. Y học của tương lai sẽ có những tia laser cực nhỏ để phẫu thuật não.
Do tiến bộ công nghệ nên không ngừng giảm chi phí. Cũng giống như laser đã trở nên phổ biến trong các thiết bị gia dụng, chúng bắt đầu đóng một vai trò quan trọng trong thiết bị bệnh viện.
Nếu trước đây tia laser trong y học rất lớn vàphức tạp, việc sản xuất từ sợi quang ngày nay đã giảm đáng kể chi phí và việc chuyển đổi sang kích thước nano sẽ giảm chi phí nhiều hơn nữa.
Công dụng khác
Bác sĩ tiết niệu có thể điều trị hẹp niệu đạo, mụn cóc lành tính, sỏi tiết niệu, co thắt bàng quang và u xơ tuyến tiền liệt bằng laser.
Việc sử dụng tia laser trong y học đã cho phép các bác sĩ phẫu thuật thần kinh thực hiện các vết mổ chính xác và nội soi kiểm tra não và tủy sống.
Bác sĩ thú y sử dụng tia laser cho các thủ thuật nội soi, đông máu khối u, vết mổ và liệu pháp quang động.
Nha sĩ sử dụng bức xạ kết hợp để tạo lỗ, phẫu thuật nướu, thủ thuật kháng khuẩn, giải mẫn cảm nha khoa và chẩn đoán răng hàm mặt.
Nhíp laser
Các nhà nghiên cứu y sinh trên thế giới sử dụng nhíp quang học, máy phân loại tế bào và nhiều công cụ khác. Nhíp laser hứa hẹn chẩn đoán ung thư tốt hơn và nhanh hơn và đã được sử dụng để bắt vi rút, vi khuẩn, các hạt kim loại nhỏ và sợi DNA.
Trong nhíp quang học, một chùm bức xạ kết hợp được sử dụng để giữ và xoay các vật cực nhỏ, tương tự như cách nhíp kim loại hoặc nhựa có thể gắp các vật nhỏ và dễ vỡ. Các phân tử riêng lẻ có thể được điều khiển bằng cách gắn chúng vào các phiến kính có kích thước micromet hoặc các hạt polystyrene. Khi chùm tia chạm vào quả bóng, nócong và có một tác động nhẹ, đẩy quả bóng thẳng vào tâm của chùm tia.
Điều này tạo ra một "bẫy quang học" có thể bẫy một hạt nhỏ trong chùm ánh sáng.
Laser trong y học: ưu nhược điểm
Năng lượng của bức xạ kết hợp, cường độ có thể được điều chỉnh, được sử dụng để cắt, phá hủy hoặc thay đổi cấu trúc tế bào hoặc ngoại bào của các mô sinh học. Ngoài ra, việc sử dụng tia laser trong y học, nói tóm lại, làm giảm nguy cơ nhiễm trùng và kích thích vết thương mau lành. Việc sử dụng máy phát lượng tử trong phẫu thuật làm tăng độ chính xác của quá trình bóc tách, tuy nhiên, chúng gây nguy hiểm cho phụ nữ mang thai và có chống chỉ định sử dụng thuốc cảm quang.
Cấu trúc phức tạp của các mô không cho phép giải thích rõ ràng các kết quả của các phân tích sinh học cổ điển. Tia laser trong y học (ảnh) là một công cụ hữu hiệu để tiêu diệt các tế bào ung thư. Tuy nhiên, các nguồn bức xạ mạch lạc mạnh mẽ hoạt động bừa bãi và phá hủy không chỉ những người bị ảnh hưởng mà còn phá hủy các mô xung quanh. Tính chất này là một công cụ quan trọng trong kỹ thuật phát hiện vi mô được sử dụng để thực hiện phân tích phân tử tại một vị trí quan tâm với khả năng tiêu diệt có chọn lọc các tế bào dư thừa. Mục tiêu của công nghệ này là khắc phục sự không đồng nhất có trong tất cả các mô sinh học để tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu chúng trong một quần thể được xác định rõ ràng. Theo nghĩa này, phát hiện vi tia laser đã đóng góp đáng kể vào sự phát triển của nghiên cứu, sự hiểu biếtcác cơ chế sinh lý mà ngày nay có thể được chứng minh rõ ràng ở cấp độ quần thể và thậm chí là một tế bào.
Chức năng của kỹ thuật mô ngày nay đã trở thành một yếu tố chính trong sự phát triển của sinh học. Điều gì xảy ra nếu sợi actin bị cắt trong quá trình phân chia? Liệu một phôi Drosophila có ổn định không nếu tế bào bị phá hủy trong quá trình gấp? Các thông số liên quan đến vùng mô phân sinh của thực vật là gì? Tất cả những vấn đề này có thể được giải quyết bằng laser.
Nanomedicine
Gần đây, nhiều cấu trúc nano đã xuất hiện với các đặc tính phù hợp cho một loạt các ứng dụng sinh học. Điều quan trọng nhất trong số đó là:
- chấm lượng tử là các hạt phát sáng cực nhỏ có kích thước nanomet được sử dụng trong hình ảnh tế bào có độ nhạy cao;
- hạt nano từ tính đã được ứng dụng trong thực hành y tế;
- hạt polyme cho các phân tử trị liệu được đóng gói;
- hạt nano kim loại.
Nói tóm lại, sự phát triển của công nghệ nano và việc sử dụng tia laser trong y học đã tạo ra một cuộc cách mạng trong cách sử dụng thuốc. Huyền phù của các hạt nano chứa thuốc có thể làm tăng chỉ số điều trị của nhiều hợp chất (tăng độ hòa tan và hiệu quả, giảm độc tính) bằng cách tác động có chọn lọc đến các mô và tế bào bị ảnh hưởng. Chúng cung cấp thành phần hoạt tính và cũng điều chỉnh việc giải phóng thành phần hoạt tính để đáp ứng với kích thích bên ngoài. Công nghệ nano hơn nữamột cách tiếp cận thử nghiệm cho phép sử dụng kép các hạt nano, hợp chất thuốc, công cụ trị liệu và chẩn đoán hình ảnh, mở ra con đường điều trị được cá nhân hóa.
Việc sử dụng tia laser trong y học và sinh học để phát hiện vi mô và quang hợp giúp hiểu được cơ chế sinh lý của sự phát triển bệnh ở các mức độ khác nhau. Kết quả sẽ giúp xác định phương pháp chẩn đoán và điều trị tốt nhất cho từng bệnh nhân. Sự phát triển của công nghệ nano kết hợp chặt chẽ với những tiến bộ trong ngành hình ảnh cũng sẽ là điều tất yếu. Nanomedicine là một hình thức điều trị mới đầy hứa hẹn đối với một số bệnh ung thư, bệnh truyền nhiễm hoặc chẩn đoán.
