Elektroniczna aparatura medyczna Techniki laserowe w medycynie Metody

Elektroniczna aparatura medyczna Techniki laserowe w medycynie

Metody laserowe w diagnostyce i terapii medycznej Laser – urządzenie emitujące promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni, wykorzystujące zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa od angielskiego: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Promieniowanie lasera jest spójne, zazwyczaj spolaryzowane i ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności. W laserze łatwo jest otrzymać promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w wybranym, wąskim obszarze widma. 2

Historia W 1957 Gordon Gould ogłosił pomysł (jak też i nazwę) lasera, równolegle z niezależnymi pracami nad maserami optycznymi (Arthur Leonard Schawlow, Charles Townes). Pierwszy laser (rubinowy) zbudował i uruchomił 16 maja 1960 roku Theodore Maiman, ośrodkiem czynnym był kryształ korundu domieszkowany chromem - rubin. Pierwszy laser gazowy helowo-neonowy zbudowano w 1961. Nagroda Nobla z fizyki - 1964 - N. G. Basow i A. M. Prochorow (ZSRR) oraz C. H. Townes (USA) za prace będące podstawą działania laserów i maserów Pierwszy polski laser powstał w Wojskowej Akademii Technicznej w 1963 (laser gazowy He-Ne, generujący promieniowanie podczerwone). 3

Promieniowanie optyczne charakteryzuje się energią zawartą w każdym fotonie, która zwiększa się z częstotliwością fali: Przy przejściu z wyższego poziomu na niższy to utrata energii Stąd długość fali jaka może być wygenerowana w wyniku takiego procesu: 4

Z powyższej zależności wynika, zatem że: • długość fali promieniowania generowanego zależy tylko od różnicy energii; • jeżeli poziomy energetyczne są znacznie od siebie odległe to generowane będzie promieniowanie o krótszej długości fali ( ); • jeżeli poziomy energetyczne są blisko siebie to generowana fala będzie dłuższa ( ). 5

Ilustracja procesu wzbudzania poprzez absorpcję: Ilustracja procesu emisji spontanicznej: 6

Ilustracja procesu emisji wymuszonej i wzmocnienia promieniowania: Schemat ilustrujący zasadę wzbudzania ośrodka oraz generację promieniowania laserowego: 7

Sposoby pracy laserów: 8

Promieniowanie optyczne (100 nm ÷ 1 mm) i jego właściwości wykorzystane w medycynie. Naturalnym źródłem promieniowania optycznego jest słońce. 9

Przykładowe średnice wiązki laserowej i odpowiadające im wartości gęstości mocy: 10

Kształty wiązki laserowej: 11

Generowane widmo: Schemat fal światła: 12

Charakterystyka absorpcji promieniowania laserowego przez substancje: 13

Ilustracja wpływu temperatury wywołanej działaniem promieniowania laserowego na tkanki biologiczne 14

Rodzaje laserów: 15

16

17

Lasery w medycynie: Lasery wykorzystywane w medycynie do: • diagnostyki (lasery diagnostyczne); • terapii schorzeń (lasery stymulacyjne i chirurgiczne); • oświetlania pola operacji. Używane przede wszystkim dla "twardej" obróbki tkanek: • cięcia, • koagulacji, • odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą) • obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy kawitacji). 18

Lasery w okulistyce - m. in. do przyklejenia siatkówki do dna oka, która może się odkleić na skutek uderzenia w tył głowy. Obie tkanki są punktowo łączone za pomocą koagulacji. Wiązkę lasera nakierowuje się na miejsce, gdzie ma być wytworzony punkt koagulacji. Impuls świetlny skleja w tym miejscu odwarstwioną siatkówkę. http: //www. mdt. pl/ 19

Koagulator laserowy stosowany także do leczenia zmian naczyniowych i krwotoków do wnętrza gałki ocznej. Laser stosowany też do przecinania cyst powiek i spojówek, naczyń wrastających w spojówkę, zrostów tęczówkowo – rogówkowych. Przy korekcji wad refrakcji (krótkowzroczność, dalekowzroczność, astygmatyzm) oraz zabiegów przeciwjaskrowych i przeciwzaćmowych. Metoda korekcji wad refrakcji - LASIK (Laser Assised In Situ Keratomileusis) - lasery działające z dokładnością do 0, 25 μm odparowują nierówności w głębszych warstwach rogówki. Dzięki tej metodzie można skorygować wadę wzroku w zakresie + 6 do 13 dioptrii. 20

Laser femtosekundowy - najnowsza generacja laserów stosowanych w okulistyce. Długość fali lasera od 1040 do 1053 nm i zależy od zastosowanego przez producenta rozwiązania. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów laserowych, dla chirurgii rogówkowej i refrakcyjnej laser femtosekundowy emituje wiązkę w podczerwieni o średnicy kilku mikronów, a długość impulsów lasera (od 250 do 800 fs), jest kilka rzędów wielkości krótsza niż ta emitowana przez laser excimerowy (ok. 10 ns). W połączeniu z dużą częstotliwością pracy, wiązka lasera stanowi bardzo precyzyjne i szybkie narzędzie. 21

W dermatologii laserów używa się do usuwania niektórych nowotworów i naczyniaków powstałych np. po odmrożeniach. W leczeniu nowotworów wykorzystuje się lasery o dużej gęstości mocy i małych rozmiarach wiązki laserowej. Wiązką można zniszczyć chore komórki nie naruszając zdrowych. Skalpel laserowy przy leczeniu oparzeń - można zdejmować naskórek lub warstwę spalonej skóry i odsłonić zdrową aby mogła się zagoić. Laser pomocny jest też przy usuwaniu tatuaży i włosów, rozjaśnianiu skóry, przywracaniu jej gładkości i sprężystości. 22

Lasery stosowane w medycynie estetycznej: • Erbium-YAG-Laser - do usuwania blizn, niewielkich brodawek oraz znamion (YAG granat syntetyczny) • Laser CO 2 - do niwelowania powierzchownych zmarszczek na skórze oraz blizn po trądziku • Laser KTP (potasowo-tytanowo-fosforanowy) - do usuwania naczyń krwionośnych • dzięki laserowi można również usunąć plamy starcze, przebarwienia. 23

Stosowanie chirurgicznych laserów CO 2 w trakcie zabiegu, umożliwia wykonanie operacji bez wystąpienia krwawienia, dzięki temu, że emituje impulsowo wiązkę światła o długości fali 10 600 nm, która pochłaniana jest przez wewnątrz- i zewnątrzkomórkową wodę. W trakcie pochłaniania energii przez uwodnioną tkankę, dochodzi do odparowania wody i wytworzenia w tym miejscu strefy koagulacji, dzięki czemu w trakcie zabiegu nie uszkadza termiczne otaczających tkanek, a proces gojenia jest niemal bezbliznowy. Ogromną zaletą jest bezkontaktowa praca lasera gwarantująca całkowitą czystość pola operacyjnego. 24

Laser chirurgiczny CO 2 typu BTL UML 25 http: //www. btlnet. pl/catalogue/chirurgia/laser. CO 2/ Źródło lasera CO 2 z zamkniętą rurą laserową Długość fali 10. 600 nm Rozkład energii Gaussa TEMoo Wielkość plamki 0. 3 mm Moc lasera Tryb Ciągły(CW) 0. 5 - 25 W Tryb Super Pulse 0. 5 - 10 W Tryby pracy lasera - Tryb Ciągły (CW) - Tryb Super Pulse - Pojedyncze impulsy - długość impulsu 0. 01/0. 05/0. 1/0. 5 s - Seria impulsów - długość impulsu 0. 01/0. 05/0. 1/0. 5 s, czas przerwy od 0. 01 do 2. 0 s Wiązka celująca Laser diodowy o mocy 3 m. W, regulacja jasności 0 -100% System chłodzenia Obieg zamknięty wody Wymiary (wys. x szer. 940 mm x 400 mm x głęb. ) Waga 20 kg 25

Focus XP-2 Najwszechstronniejszy Laser Chirurgiczny http: //www. btlnet. pl/catalogue/chirurgia/fotona-xp-2/ Laserowa lipoliza: dzięki wysokiej mocy i zaawansowanym systemom bezpieczeństwa laser Focus XP-2 pozwala rozpuścić nawet sześć litrów tłuszczu podczas zabiegu. Zabiegi endożylne: wewnątrzżylne usuwanie żylaków Leczenie nadpotliwości: Trwałe efekty bez konieczności powtarzania zabiegów. Zabiegi medycyny estetycznej: Usuwanie owłosienia, zewnętrzne zamykanie naczynek, fotoodmładzanie, leczenie grzybicy paznokci, redukowanie trądziku. 26

Laser Dynamis SP (XS) http: //www. btlnet. pl/catalogue/medycyna_estetyczna/fotona--lasery/fotona-sp-plus/ 27

Biostymulacja laserowa http: //ctl. com. pl/ 28

W diagnostyce wykorzystuje się metodę laserowo indukowanej fluorescencji. Promienie lasera naświetlają tkanki powodując ich fluorescencję. Tkanki emitują światło, które przy pomocy światłowodu trafia do detektora i systemu diagnostycznego, gdzie jego widmo jest analizowane. Chora tkanka ma zmienione widmo emisyjne. Dzięki temu można dokładnie stwierdzić jakie związki zawiera dana tkanka i które z nich nie są jej naturalnymi składnikami, a które efektami zmian chorobowych. 29

Fotodynamiczna terapia laserowa w stomatologii: W wyniku działania preparatu i lasera diodowego np. 810 nm powstają cząstki ozonu oraz wolne rodniki tlenowe, które działają antybakteryjnie na tkanki miękkie jamy ustnej. Preparat eliminuje więc wszystkie niechciane bakterie z jamy ustnej pacjenta. Zastosowanie kliniczne: • leczenie parodontozy • redukcja bakterii w jamie ustnej • periimplantitis (zapalenie tkanek wokół implantu ) • endodoncja (dezynfekcja kanałów korzeniowych) • sterylizacja głębokich ubytków bez ryzyka uszkodzenia miazgi zęba. 30

Terapia fotodynamiczna nowotworów skóry (Photodynamic Therapy - PDT): PDT - metoda leczenia, podczas której zmienione chorobowo komórki (komórki rakowe i przedrakowe), zostają uczulone na światło, dzięki czemu mogą zostać zniszczone poprzez ich naświetlanie. Skuteczność terapii fotodynamicznej jest porównywalna z klasycznymi metodami, takimi jak krioterapia czy chirurgia. Jest jednocześnie najmniej inwazyjną metodą leczenia i daje bardzo dobre efekty kosmetyczne. 31

Zmianę nowotworową pokrywa się środkiem zawierającym aminolewulinian metylu. Środek ten penetruje obszar nowotworu i jest wchłaniany przez komórki nowotworowe. Następuje wzmożona synteza porfiryn, które są naturalnym i endogennym środkiem fotouczulającym. Porfiryny akumulują się w komórkach nowotworowych w stężeniach znacznie większych niż w otaczających je zdrowych tkankach. Po naświetleniu komórek nowotworowych czerwonym światłem (długość fali około 630 nm) następuje reakcja fotochemiczna, w rezultacie której wybiórczo giną tylko komórki nowotworowe, a zdrowe komórki pozostają nienaruszone. 32

Świecenie substancji zaabsorbowanej przez zmienione komórki w świetle ultrafioletowym. Pozwala określić rozległość chorej zmiany i ocenić terapię. 33

Fotouczulacze najczęściej stosowane w badaniach klinicznych FOTOUCZULACZ NAZWA HANDLOWA DŁUGOŚĆ ŚWIATŁA AKTYWUJĄCEGO Porfimer sodu Photofrin 630 nm BPD - MA Verteporfin 689 nm m - THPC Foscan 652 nm 5 - ALA Levulan 635 nm Ester metylowy 5 - ALA Metvix 635 nm Ester benzylowy 5 - ALA Benzvix 635 nm Ester heksylowy 5 - ALA Hexvix 635 nm Sn. ET 2 Purlytin 664 nm Boronowane protoporyfiryny BOPP 630 nm HPPH Photochlor 665 nm Teksapiryna lutetu Lutex 732 nm Ftalocyjanina - 4 Pc 4 670 nm Taporfina sodu Talaporfin 664 nm 34

Zatwierdzone zastosowania terapii fotodynamicznej nowotworów u ludzi NOWOTWORY FOTOUCZULACZ KRAJE Rak podstawnokomórkowy Metvix Kraje Unii Europejskiej Rak szyjki macicy Photofrin Japonia Rak oskrzela Photofrin Kanada, Dania, Finlandia, Francja, Irlandia, Japonia, Niemcy, Holandia, W. Brytania, USA Rak przełyku Photofrin Kanada, Dania, Finlandia, Francja, Irlandia, Japonia, Holandia, W. Brytania, USA Rak żołądka Photofrin Japonia Raki głowy i szyi Foscan Kraje Unii Europejskiej Rak pęcherza moczowego Photofrin Kanada 35

Laser diodowy Ceralas PDT Różne długości fali dla poszczególnych fotouczulaczy Laser półprzewodnikowy 630 nm (Photofrin/Photosan) Laser półprzewodnikowy 633 nm (Photofrin/Photosan/ALA) Laser półprzewodnikowy 635 nm (ALA) Laser półprzewodnikowy 652 nm (Foscan) Laser półprzewodnikowy 670 nm (Phthalocyanin) Laser półprzewodnikowy 692 nm (BPD) Laser półprzewodnikowy 732 nm (Lu-Tex) Inne długości fali na zamówienie 36

Moc: regulowana do 1, 2 lub 3 W Wszystkie urządzenia wyposażone są w aktywne układy do stabilizacji długości fali (przeciwdziałanie dryftowi temperaturowemu). Wbudowany miernik do kalibracji mocy wyjściowej światłowodu lub dyfuzora. http: //www. sharpol. pl/2, produkty, 117, produkt, 85, 117. html? ln=pl 37

Zasady bezpieczeństwa pracy z laserami: 38

Zasady bezpieczeństwa cd. Ponieważ promieniowanie laserowe o tej samej mocy lecz o różnych długościach fal może wywołać różne skutki podczas oddziaływania z tkanką biologiczną, lasery podzielono na klasy. Zasady bezpiecznej pracy z urządzeniami laserowymi podano w Polskiej Normie PN-EN 60825 -1: 2005 -wycofana i zastąpiona przez PN-EN 60825 -1: 2008 - wersja angielska - wycofana i zastąpiona przez PN-EN 60825 -1: 2010 - wersja polska wycofana i zastąpiona przez PN-EN 60825 -1: 2014 -11 - wersja angielska Bezpieczeństwo urządzeń laserowych -- Część 1: Klasyfikacja sprzętu, wymagania. Nowy podział na siedem klas (1, 1 M, 2, 2 M, 3 R, 3 B, 4) 39

Zasady bezpieczeństwa cd. 1 - Lasery które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy 1 M - Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 302, 5 nm do 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne. 2 - Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 do 700 nm. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne 2 M - Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 do 700 nm. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne. 40

Zasady bezpieczeństwa cd. 3 A - Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 302, 5 nm do 1060 nm, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest potencjalnie niebezpieczne. 3 B - Lasery, które są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania. Patrzenie na odbicia rozproszone jest zwykle bezpieczne. 4 - Lasery, które wytwarzają niebezpieczne odbicia rozproszone. Mogą one powodować uszkodzenie skóry oraz stwarzają zagrożenie pożarem. Podczas obsługi laserów klasy 4 należy zachować szczególną ostrożność. 41

Zasady bezpieczeństwa cd. Jednym z najważniejszych elementów oznakowania urządzeń laserowych są etykiety informujące o klasie lasera. Tekst na tych etykietach powinien być napisany czarnymi literami na żółtym tle. Piktogram stosowany także przy laserach bezpiecznych 42

Lasery wykorzystywane w medycynie http: //extramedica. pl/lasery-wykorzystywane-w-medycynie/ 43