Laser dalam pembedahan plastik

Pada awal abad yang lalu, Einstein secara teorinya menjelaskan proses yang mesti berlaku apabila laser memancarkan tenaga dalam kertas bertajuk "The Quantum Theory of Radiation." Maiman membina laser pertama pada tahun 1960. Sejak itu, teknologi laser telah berkembang pesat, menghasilkan pelbagai laser yang merangkumi keseluruhan spektrum elektromagnet. Sejak itu, ia telah digabungkan dengan teknologi lain, termasuk sistem pengimejan, robotik dan komputer, untuk meningkatkan ketepatan penghantaran laser. Melalui kerjasama dalam fizik dan biokejuruteraan, laser perubatan telah menjadi bahagian penting dalam alat terapeutik pakar bedah. Pada mulanya, ia adalah besar dan hanya digunakan oleh pakar bedah yang dilatih khas dalam fizik laser. Sepanjang 15 tahun yang lalu, reka bentuk laser perubatan telah maju untuk menjadikannya lebih mudah digunakan, dan ramai pakar bedah telah mempelajari asas fizik laser sebagai sebahagian daripada latihan siswazah mereka.

Artikel ini membincangkan: biofizik laser; interaksi tisu dengan sinaran laser; peranti yang kini digunakan dalam pembedahan plastik dan rekonstruktif; keperluan keselamatan am apabila bekerja dengan laser; isu penggunaan laser selanjutnya dalam campur tangan kulit.

Biofizik laser

Laser memancarkan tenaga cahaya yang bergerak dalam gelombang yang serupa dengan cahaya biasa. Panjang gelombang ialah jarak antara dua puncak gelombang yang bersebelahan. Amplitud ialah saiz puncak, menentukan keamatan cahaya. Kekerapan, atau tempoh, gelombang cahaya ialah masa yang diambil untuk gelombang itu melengkapkan satu kitaran. Untuk memahami cara laser berfungsi, adalah penting untuk memahami mekanik kuantum. Istilah LASER ialah akronim untuk Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Apabila foton, unit tenaga cahaya, menyerang atom, ia menyebabkan salah satu elektron atom melompat ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Atom menjadi tidak stabil dalam keadaan teruja ini, melepaskan foton apabila elektron jatuh kembali ke tahap tenaga asalnya yang lebih rendah. Proses ini dikenali sebagai pelepasan spontan. Jika atom berada dalam keadaan tenaga tinggi dan berlanggar dengan foton lain, apabila ia kembali ke keadaan tenaga rendah ia akan membebaskan dua foton yang mempunyai panjang gelombang, arah, dan fasa yang sama. Proses ini, yang dipanggil pelepasan radiasi yang dirangsang, adalah asas untuk memahami fizik laser.

Tanpa mengira jenis, semua laser mempunyai empat komponen asas: mekanisme pengujaan atau sumber tenaga, medium laser, rongga optik atau resonator, dan sistem lenting. Kebanyakan laser perubatan yang digunakan dalam pembedahan plastik muka mempunyai mekanisme pengujaan elektrik. Sesetengah laser (seperti laser pewarna yang teruja lampu kilat) menggunakan cahaya sebagai mekanisme pengujaan. Orang lain mungkin menggunakan gelombang radiofrekuensi tenaga tinggi atau tindak balas kimia untuk memberikan tenaga pengujaan. Mekanisme pengujaan mengepam tenaga ke dalam ruang resonan yang mengandungi medium laser, yang mungkin merupakan bahan pepejal, cecair, gas atau semikonduktor. Tenaga yang dibuang ke dalam rongga resonator menaikkan elektron atom dalam medium laser ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Apabila separuh daripada atom dalam resonator sangat teruja, penyongsangan populasi berlaku. Pelepasan spontan bermula apabila foton dipancarkan ke semua arah dan beberapa berlanggar dengan atom yang sudah teruja, mengakibatkan pelepasan rangsangan foton berpasangan. Pelepasan yang dirangsang dipertingkatkan apabila foton yang bergerak sepanjang paksi antara cermin dipantulkan secara keutamaan ke depan dan ke belakang. Ini menghasilkan rangsangan berurutan apabila foton ini berlanggar dengan atom teruja lain. Satu cermin adalah 100% reflektif, manakala cermin lain sebahagiannya menghantar tenaga yang dipancarkan dari ruang resonator. Tenaga ini dipindahkan ke tisu biologi melalui sistem ejection. Bagi kebanyakan laser, ini adalah gentian optik. Pengecualian yang ketara ialah laser CO2, yang mempunyai sistem cermin pada lengan berengsel. Gentian optik tersedia untuk laser CO2, tetapi ia mengehadkan saiz tempat dan tenaga keluaran.

Cahaya laser lebih teratur dan secara kualitatif intens daripada cahaya biasa. Oleh kerana medium laser adalah homogen, foton yang dipancarkan oleh pelepasan yang dirangsang mempunyai panjang gelombang tunggal, yang mewujudkan monokromatik. Biasanya, cahaya sangat berserakan apabila ia bergerak dari sumbernya. Cahaya laser disatukan: ia sedikit bertaburan, memberikan keamatan tenaga yang berterusan pada jarak yang jauh. Bukan sahaja foton cahaya laser bergerak ke arah yang sama, mereka mempunyai fasa temporal dan spatial yang sama. Ini dipanggil koherensi. Sifat monokromatik, kolimasi, dan koheren membezakan cahaya laser daripada tenaga tidak teratur cahaya biasa.

Interaksi laser-tisu

Spektrum kesan laser pada tisu biologi meluas daripada modulasi fungsi biologi kepada pengewapan. Kebanyakan interaksi tisu laser yang digunakan secara klinikal melibatkan keupayaan terma untuk menggumpal atau mengewap. Pada masa hadapan, laser boleh digunakan bukan sebagai sumber haba, tetapi sebagai probe untuk mengawal fungsi selular tanpa kesan sampingan sitotoksik.

Kesan laser konvensional pada tisu bergantung kepada tiga faktor: penyerapan tisu, panjang gelombang laser, dan ketumpatan tenaga laser. Apabila pancaran laser mengenai tisu, tenaganya boleh diserap, dipantulkan, dihantar atau diserakkan. Keempat-empat proses berlaku pada tahap yang berbeza-beza dalam mana-mana interaksi tisu-laser, yang mana penyerapan adalah yang paling penting. Tahap penyerapan bergantung kepada kandungan kromofor tisu. Chromophores adalah bahan yang berkesan menyerap gelombang dengan panjang tertentu. Sebagai contoh, tenaga laser CO2 diserap oleh tisu lembut badan. Ini kerana panjang gelombang yang sepadan dengan CO2 diserap dengan baik oleh molekul air, yang membentuk sehingga 80% daripada tisu lembut. Sebaliknya, penyerapan laser CO2 adalah minimum dalam tulang, kerana kandungan air yang rendah pada tisu tulang. Pada mulanya, apabila tisu menyerap tenaga laser, molekulnya mula bergetar. Penyerapan tenaga tambahan menyebabkan denaturasi, pembekuan, dan akhirnya penyejatan protein (pengejatan).

Apabila tenaga laser dipantulkan oleh tisu, yang terakhir tidak rosak, kerana arah sinaran pada permukaan berubah. Juga, jika tenaga laser melalui tisu cetek ke lapisan dalam, tisu perantaraan tidak terjejas. Jika pancaran laser bertaburan di dalam tisu, tenaga tidak diserap di permukaan, tetapi diagihkan secara rawak di lapisan dalam.

Faktor ketiga mengenai interaksi tisu dengan laser ialah ketumpatan tenaga. Dalam interaksi laser dan tisu, apabila semua faktor lain adalah malar, menukar saiz tempat atau masa pendedahan boleh menjejaskan keadaan tisu. Jika saiz titik pancaran laser berkurangan, kuasa yang bertindak pada volum tisu tertentu meningkat. Sebaliknya, jika saiz tempat bertambah, ketumpatan tenaga pancaran laser berkurangan. Untuk menukar saiz tempat, sistem lenting pada tisu boleh difokuskan, diprafokuskan atau dinyahfokus. Dalam rasuk prafokus dan nyahfokus, saiz titik lebih besar daripada rasuk fokus, menghasilkan ketumpatan kuasa yang lebih rendah.

Satu lagi cara untuk mengubah kesan tisu adalah dengan denyutan tenaga laser. Semua mod berdenyut silih berganti antara tempoh hidup dan mati. Oleh kerana tenaga tidak sampai ke tisu semasa tempoh mati, terdapat peluang untuk haba hilang. Jika tempoh rehat lebih lama daripada masa kelonggaran terma tisu sasaran, kemungkinan kerosakan pada tisu sekeliling melalui pengaliran dikurangkan. Masa kelonggaran haba ialah jumlah masa yang diperlukan untuk separuh daripada haba dalam sasaran untuk hilang. Nisbah selang aktif kepada jumlah selang denyutan aktif dan pasif dipanggil kitaran tugas.

Kitaran tugas = hidup/hidup + mati

Terdapat pelbagai mod nadi. Tenaga boleh dibebaskan dalam semburan dengan menetapkan tempoh di mana laser memancarkan (cth 10 saat). Tenaga boleh disekat, di mana gelombang malar disekat pada selang waktu tertentu oleh pengatup mekanikal. Dalam mod superpulse, tenaga tidak hanya disekat, tetapi disimpan dalam sumber tenaga laser semasa tempoh mati dan kemudian dikeluarkan semasa tempoh hidup. Iaitu, tenaga puncak dalam mod superpulse adalah jauh lebih tinggi daripada dalam mod malar atau menyekat.

Dalam laser nadi gergasi, tenaga juga disimpan semasa tempoh mati, tetapi dalam medium laser. Ini dicapai dengan mekanisme pengatup dalam ruang rongga antara dua cermin. Apabila pengatup ditutup, laser tidak mengelas, tetapi tenaga disimpan pada setiap sisi pengatup. Apabila pengatup dibuka, cermin berinteraksi untuk menghasilkan pancaran laser bertenaga tinggi. Tenaga puncak laser nadi gergasi adalah sangat tinggi dengan kitaran tugas yang singkat. Laser terkunci mod adalah serupa dengan laser nadi gergasi kerana terdapat pengatup di antara dua cermin dalam ruang rongga. Laser yang dikunci mod membuka dan menutup pengatupnya selari dengan masa yang diperlukan untuk cahaya memantul antara dua cermin.

Ciri-ciri laser

• Laser karbon dioksida

Laser karbon dioksida paling biasa digunakan dalam otolaryngology/pembedahan kepala dan leher. Panjang gelombangnya ialah 10.6 nm, gelombang tidak kelihatan di kawasan inframerah jauh spektrum elektromagnet. Panduan sepanjang pancaran laser helium-neon adalah perlu supaya pakar bedah dapat melihat kawasan tindakan. Medium laser ialah CO2. Panjang gelombangnya diserap dengan baik oleh molekul air dalam tisu. Kesannya adalah dangkal kerana penyerapan yang tinggi dan serakan yang minimum. Sinaran hanya boleh dihantar melalui cermin dan kanta khas yang diletakkan pada batang artikulasi. Lengan engkol boleh dilekatkan pada mikroskop untuk kerja ketepatan di bawah pembesaran. Tenaga juga boleh dikeluarkan melalui pemegang fokus yang dipasang pada rod yang diartikulasikan.

• Nd:YAG laser

Panjang gelombang laser Nd:YAG (yttrium-aluminium-garnet dengan neodymium) ialah 1064 nm, iaitu ia berada di kawasan inframerah dekat. Ia tidak dapat dilihat oleh mata manusia dan memerlukan pancaran laser helium-neon pemandu. Medium laser ialah yttrium-aluminium-garnet dengan neodymium. Kebanyakan tisu badan menyerap panjang gelombang ini dengan lemah. Walau bagaimanapun, tisu berpigmen menyerapnya lebih baik daripada tisu tidak berpigmen. Tenaga dihantar melalui lapisan cetek kebanyakan tisu dan hilang di lapisan dalam.

Berbanding dengan laser karbon dioksida, serakan Nd:YAG adalah jauh lebih besar. Oleh itu, kedalaman penembusan adalah lebih besar dan Nd:YAG sangat sesuai untuk pembekuan vesel dalam. Dalam eksperimen, kedalaman pembekuan maksimum adalah kira-kira 3 mm (suhu pembekuan +60 °C). Keputusan yang baik dalam rawatan kapilari perioral dalam dan pembentukan kavernosa menggunakan laser Nd:YAG telah dilaporkan. Terdapat juga laporan mengenai fotokoagulasi laser yang berjaya bagi hemangioma, limfangioma dan pembentukan kongenital arteriovenous. Walau bagaimanapun, kedalaman penembusan yang lebih besar dan kemusnahan bukan selektif terdedah kepada peningkatan parut selepas pembedahan. Secara klinikal, ini diminimumkan dengan tetapan kuasa yang selamat, pendekatan titik kepada lesi dan mengelakkan rawatan kawasan kulit. Dalam amalan, penggunaan laser Nd:YAG merah gelap telah hampir digantikan oleh laser dengan panjang gelombang terletak di bahagian kuning spektrum. Walau bagaimanapun, ia digunakan sebagai laser adjuvant untuk lesi nodular berwarna merah gelap (wain port).

Laser Nd:YAG telah ditunjukkan untuk menghalang pengeluaran kolagen dalam kedua-dua kultur fibroblast dan kulit normal dalam vivo. Ini menunjukkan kejayaan dalam merawat parut hipertropik dan keloid. Walau bagaimanapun, secara klinikal, kadar berulang selepas pembuangan keloid adalah tinggi, walaupun rawatan steroid topikal tambahan yang kuat.

• Hubungi Nd:YAG laser

Penggunaan laser Nd:YAG dalam mod sentuhan mengubah sifat fizikal dan penyerapan sinaran dengan ketara. Hujung sentuhan terdiri daripada kristal nilam atau kuarza yang dipasang terus pada hujung gentian laser. Hujung sentuhan berinteraksi secara langsung dengan kulit dan bertindak sebagai pisau bedah terma, memotong dan menggumpal secara serentak. Terdapat laporan menggunakan hujung sentuhan dalam pelbagai campur tangan tisu lembut. Aplikasi ini lebih dekat dengan elektrokoagulasi daripada mod Nd:YAG bukan sentuhan. Secara umum, pakar bedah kini menggunakan panjang gelombang laser bukan untuk memotong tisu, tetapi untuk memanaskan hujungnya. Oleh itu, prinsip interaksi laser-tisu tidak terpakai di sini. Masa tindak balas kepada laser sentuhan tidak berkaitan secara langsung dengan gentian bebas, dan oleh itu terdapat tempoh lag untuk pemanasan dan penyejukan. Walau bagaimanapun, dengan pengalaman, laser ini menjadi mudah untuk mengasingkan kulit dan kepak otot.

• Laser argon

Laser argon memancarkan gelombang yang boleh dilihat dengan panjang 488-514 nm. Oleh kerana reka bentuk ruang resonator dan struktur molekul medium laser, laser jenis ini menghasilkan julat gelombang panjang. Sesetengah model mungkin mempunyai penapis yang mengehadkan sinaran kepada satu panjang gelombang. Tenaga laser argon diserap dengan baik oleh hemoglobin, dan penyerakannya adalah perantaraan antara karbon dioksida dan laser Nd:YAG. Sistem sinaran untuk laser argon ialah pembawa gentian optik. Oleh kerana penyerapan yang tinggi oleh hemoglobin, neoplasma vaskular kulit juga menyerap tenaga laser.

• laser KTF

Laser KTP (potassium titanyl phosphate) ialah laser Nd:YAG yang frekuensinya digandakan (panjang gelombang dikurangkan separuh) dengan menghantar tenaga laser melalui kristal KTP. Ini menghasilkan cahaya hijau (panjang gelombang 532 nm), yang sepadan dengan puncak penyerapan hemoglobin. Penembusan dan penyerakan tisunya adalah serupa dengan laser argon. Tenaga laser dihantar oleh gentian. Dalam mod bukan sentuhan, laser mengewap dan membeku. Dalam mod separa kenalan, hujung gentian hampir tidak menyentuh tisu dan menjadi alat pemotong. Semakin tinggi tenaga yang digunakan, semakin banyak laser bertindak sebagai pisau haba, sama seperti laser karbon dioksida. Unit tenaga yang lebih rendah digunakan terutamanya untuk pembekuan.

• Lampu kilat laser pewarna teruja

Laser pewarna teruja lampu kilat ialah laser perubatan pertama yang direka khusus untuk rawatan lesi vaskular jinak pada kulit. Ia adalah laser cahaya yang boleh dilihat dengan panjang gelombang 585 nm. Panjang gelombang ini bertepatan dengan puncak penyerapan ketiga oksihemoglobin, dan oleh itu tenaga laser ini kebanyakannya diserap oleh hemoglobin. Dalam julat 577-585 nm terdapat juga kurang penyerapan oleh kromofor bersaing seperti melanin dan kurang serakan tenaga laser dalam dermis dan epidermis. Medium laser ialah pewarna rhodamine, yang secara optik teruja oleh lampu kilat, dan sistem pelepasan adalah pembawa gentian optik. Hujung laser pewarna mempunyai sistem kanta yang boleh ditukar ganti yang membolehkan penciptaan saiz bintik 3, 5, 7 atau 10 mm. Denyut laser dengan tempoh 450 ms. Indeks denyutan ini dipilih berdasarkan masa kelonggaran haba saluran ektatik yang terdapat dalam lesi vaskular jinak pada kulit.

• Laser wap kuprum

Laser wap kuprum menghasilkan cahaya yang boleh dilihat dengan dua panjang gelombang berasingan: gelombang hijau berdenyut 512 nm dan gelombang kuning berdenyut 578 nm. Medium laser adalah kuprum, yang teruja (menguap) secara elektrik. Sistem gentian menghantar tenaga ke hujung, yang mempunyai saiz tempat berubah-ubah 150-1000 µm. Masa pendedahan berjulat dari 0.075 s hingga malar. Masa antara denyutan juga berbeza dari 0.1 s hingga 0.8 s. Cahaya kuning laser wap kuprum digunakan untuk merawat lesi vaskular jinak pada muka. Gelombang hijau boleh digunakan untuk merawat lesi berpigmen seperti jeragat, lentigin, nevi, dan keratosis.

• Laser pewarna kuning tidak pudar

Laser pewarna CW kuning ialah laser cahaya nampak yang menghasilkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 577 nm. Seperti laser pewarna yang teruja dengan lampu kilat, ia ditala dengan menukar pewarna dalam ruang pengaktifan laser. Pewarna teruja dengan laser argon. Sistem ejection untuk laser ini juga merupakan kabel gentian optik yang boleh difokuskan kepada saiz tempat yang berbeza. Cahaya laser boleh didenyutkan menggunakan pengatup mekanikal atau hujung Hexascanner yang melekat pada hujung sistem gentian optik. Hexascanner secara rawak mengarahkan denyutan tenaga laser dalam corak heksagon. Seperti laser pewarna yang teruja dengan lampu kilat dan laser wap tembaga, laser pewarna CW kuning sesuai untuk rawatan lesi vaskular jinak pada muka.

• Laser erbium

Laser Erbium:UAS menggunakan jalur serapan air 3000 nm. Panjang gelombangnya 2940 nm sepadan dengan puncak ini dan diserap dengan kuat oleh air tisu (kira-kira 12 kali lebih banyak daripada laser CO2). Laser inframerah dekat ini tidak dapat dilihat oleh mata dan mesti digunakan dengan pancaran sasaran yang boleh dilihat. Laser dipam oleh lampu kilat dan memancarkan nadi makro dalam tempoh 200-300 μs, yang terdiri daripada satu siri nadi mikro. Laser ini digunakan dengan alat tangan yang dilekatkan pada lengan yang diartikulasikan. Peranti pengimbasan juga boleh diintegrasikan ke dalam sistem untuk penyingkiran tisu yang lebih cepat dan lebih seragam.

• Laser rubi

Laser delima ialah laser yang dipam lampu kilat yang memancarkan cahaya pada panjang gelombang 694 nm. Laser ini, yang berada di kawasan merah spektrum, boleh dilihat oleh mata. Ia mungkin mempunyai pengatup laser untuk menghasilkan denyutan pendek dan mencapai penembusan tisu yang lebih dalam (lebih dalam daripada 1 mm). Laser delima nadi panjang digunakan untuk memanaskan folikel rambut secara khusus dalam penyingkiran rambut laser. Cahaya laser ini dipancarkan menggunakan cermin dan sistem boom artikulasi. Ia kurang diserap oleh air, tetapi diserap dengan kuat oleh melanin. Pelbagai pigmen yang digunakan untuk tatu juga menyerap sinaran 694 nm.

• Laser Alexandrite

Laser Alexandrite, laser keadaan pepejal yang boleh dipam oleh lampu kilat, mempunyai panjang gelombang 755 nm. Panjang gelombang ini, di bahagian merah spektrum, tidak dapat dilihat oleh mata dan oleh itu memerlukan pancaran panduan. Ia diserap oleh pigmen tatu biru dan hitam, serta melanin, tetapi bukan hemoglobin. Ia adalah laser yang agak padat yang boleh menghantar sinaran melalui panduan cahaya yang fleksibel. Laser menembusi agak dalam, menjadikannya sesuai untuk penyingkiran rambut dan tatu. Saiz bintik ialah 7 dan 12 mm.

• Laser diod

Baru-baru ini, diod pada bahan superkonduktor telah digandingkan secara langsung kepada peranti gentian optik, mengakibatkan pancaran cahaya laser pada pelbagai panjang gelombang (bergantung kepada ciri-ciri bahan yang digunakan). Laser diod dibezakan dengan kecekapannya. Mereka boleh menukar tenaga elektrik yang masuk kepada cahaya dengan kecekapan 50%. Kecekapan ini, dikaitkan dengan penjanaan haba yang lebih rendah dan kuasa input, membolehkan laser diod padat direka bentuk tanpa sistem penyejukan yang besar. Cahaya dihantar melalui gentian optik.

• Lampu Denyar Ditapis

Lampu berdenyut ditapis yang digunakan untuk penyingkiran rambut bukanlah laser. Sebaliknya, ia adalah spektrum berdenyut yang sengit, tidak koheren. Sistem ini menggunakan penapis kristal untuk memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 590-1200 nm. Lebar dan ketumpatan integral nadi, juga berubah-ubah, memenuhi kriteria untuk fototermolisis terpilih, yang meletakkan peranti ini setanding dengan laser untuk penyingkiran rambut.

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