Im letzten halben Jahrhundert wurden Laser in der Augenheilkunde, Onkologie, plastischen Chirurgie und vielen anderen Bereichen der Medizin und biomedizinischen Forschung eingesetzt.
Die Möglichkeit, Krankheiten mit Licht zu behandeln, ist seit Tausenden von Jahren bekannt. Die alten Griechen und Ägypter nutzten die Sonnenstrahlung in der Therapie, und die beiden Ideen wurden sogar in der Mythologie miteinander verbunden – der griechische Gott Apollo war der Gott der Sonne und der Heilung.
Erst nach der Erfindung der kohärenten Strahlungsquelle vor mehr als 50 Jahren wurde das Potenzial der Verwendung von Licht in der Medizin wirklich aufgedeckt.
Laser sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften viel effizienter als Sonnenstrahlung oder andere Quellen. Jeder Quantengenerator arbeitet in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich und sendet kohärentes Licht aus. Außerdem können Sie mit Lasern in der Medizin hohe Leistungen erzeugen. Der Energiestrahl kann auf einen sehr kleinen Punkt konzentriert werden, wodurch seine hohe Dichte erreicht wird. Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass Laser heute in vielen Bereichen der medizinischen Diagnostik, Therapie und Chirurgie eingesetzt werden.
Haut- und Augenbehandlung
Der Einsatz von Lasern in der Medizin begann mit der Augenheilkunde und Dermatologie. QuantumDer Generator wurde 1960 eröffnet. Und ein Jahr später demonstrierte Leon Goldman, wie der rubinrote Laser in der Medizin eingesetzt werden könnte, um Kapillardysplasie, eine Art Muttermal, und Melanome zu entfernen.
Diese Anwendung basiert auf der Fähigkeit kohärenter Strahlungsquellen, bei einer bestimmten Wellenlänge zu arbeiten. Kohärente Strahlungsquellen werden heute häufig verwendet, um Tumore, Tätowierungen, Haare und Muttermale zu entfernen.
Laser verschiedener Typen und Wellenlängen werden in der Dermatologie verwendet, da verschiedene Arten von Läsionen geheilt werden und die hauptsächlich absorbierende Substanz darin enth alten ist. Die Wellenlänge hängt auch vom Hauttyp des Patienten ab.
Heute kann man weder Dermatologie noch Augenheilkunde ohne Laser praktizieren, da sie zu den wichtigsten Instrumenten für die Behandlung von Patienten geworden sind. Der Einsatz von Quantengeneratoren zur Sehkorrektur und für ein breites Spektrum ophthalmischer Anwendungen nahm zu, nachdem Charles Campbell 1961 als erster Arzt einen roten Laser in der Medizin zur Behandlung eines Patienten mit einer Netzhautablösung einsetzte.
Später begannen Augenärzte zu diesem Zweck, Argonquellen mit kohärenter Strahlung im grünen Teil des Spektrums zu verwenden. Dabei wurden die Eigenschaften des Auges selbst, insbesondere seiner Linse, genutzt, um den Strahl im Bereich der Netzhautablösung zu fokussieren. Die hochkonzentrierte Kraft des Geräts schweißt sie förmlich zusammen.
Patienten mit einigen Formen der Makuladegeneration können von Laserchirurgie profitieren – Laser-Photokoagulation und photodynamische Therapie. Im ersten Verfahren ist der Strahl kohärentStrahlung wird verwendet, um Blutgefäße zu versiegeln und ihr krankhaftes Wachstum unter der Makula zu verlangsamen.
Ähnliche Studien wurden in den 1940er Jahren mit Sonnenlicht durchgeführt, aber Ärzte brauchten die einzigartigen Eigenschaften von Quantengeneratoren, um sie erfolgreich abzuschließen. Der nächste Einsatz des Argonlasers war die Stillung innerer Blutungen. Die selektive Absorption von grünem Licht durch Hämoglobin, ein Pigment in roten Blutkörperchen, wurde verwendet, um blutende Blutgefäße zu blockieren. Um Krebs zu behandeln, zerstören sie die Blutgefäße, die in den Tumor eindringen, und versorgen ihn mit Nährstoffen.
Dies kann nicht mit Sonnenlicht erreicht werden. Die Medizin ist sehr konservativ, wie es sein sollte, aber Quellen kohärenter Strahlung haben sich in verschiedenen Bereichen durchgesetzt. Laser in der Medizin haben viele traditionelle Instrumente ersetzt.
Ophthalmologie und Dermatologie haben ebenfalls von Excimer-Quellen kohärenter UV-Strahlung profitiert. Sie werden häufig für die Hornhautumformung (LASIK) zur Sehkorrektur verwendet. Laser werden in der ästhetischen Medizin zur Entfernung von Hautunreinheiten und F alten eingesetzt.
Profitable kosmetische Chirurgie
Solche technologischen Entwicklungen sind bei kommerziellen Investoren unweigerlich beliebt, da sie ein enormes Gewinnpotenzial haben. Das Analyseunternehmen Medtech Insight schätzte 2011 die Größe des Marktes für Laser-Schönheitsgeräte auf mehr als 1 Milliarde US-Dollar. Tatsächlich trotzAngesichts der rückläufigen Gesamtnachfrage nach medizinischen Systemen während des globalen Abschwungs erfreuen sich auf Quantengeneratoren basierende Schönheitsoperationen weiterhin einer starken Nachfrage in den Vereinigten Staaten, dem dominierenden Markt für Lasersysteme.
Visualisierung und Diagnose
Laser spielen in der Medizin eine wichtige Rolle bei der Früherkennung von Krebs und vielen anderen Krankheiten. Beispielsweise interessierte sich in Tel Aviv eine Gruppe von Wissenschaftlern für IR-Spektroskopie unter Verwendung von Infrarotquellen kohärenter Strahlung. Der Grund dafür ist, dass Krebs und gesundes Gewebe eine unterschiedliche Infrarotdurchlässigkeit haben können. Eine der vielversprechenden Anwendungen dieser Methode ist der Nachweis von Melanomen. Bei Hautkrebs ist eine frühzeitige Diagnose sehr wichtig für das Überleben des Patienten. Gegenwärtig erfolgt die Melanomerkennung mit dem Auge, sodass man sich auf die Fähigkeiten des Arztes verlassen muss.
In Israel kann jeder einmal im Jahr zu einem kostenlosen Melanom-Screening gehen. Vor einigen Jahren wurden Studien in einem der großen medizinischen Zentren durchgeführt, wodurch es möglich wurde, den Unterschied im Infrarotbereich zwischen potenziellen, aber nicht gefährlichen Anzeichen und echten Melanomen deutlich zu beobachten.
Katzir, der Organisator der ersten SPIE-Konferenz über biomedizinische Optik im Jahr 1984, und seine Gruppe in Tel Aviv entwickelten auch optische Fasern, die für infrarote Wellenlängen durchlässig sind, wodurch die Methode auf die interne Diagnostik ausgedehnt werden konnte. Außerdem kann es eine schnelle und schmerzfreie Alternative zu einem Gebärmutterhalsabstrich seinGynäkologie.
Blauer Halbleiterlaser in der Medizin hat Anwendung in der Fluoreszenzdiagnostik gefunden.
Auf Quantengeneratoren basierende Systeme beginnen auch, Röntgenstrahlen zu ersetzen, die traditionell in der Mammographie verwendet wurden. Röntgenstrahlen stellen Ärzte vor ein schwieriges Dilemma: Sie benötigen eine hohe Intensität, um Krebs zuverlässig zu erkennen, aber die Zunahme der Strahlung selbst erhöht das Krebsrisiko. Als Alternative wird die Möglichkeit untersucht, mit sehr schnellen Laserpulsen den Brustkorb und andere Körperteile wie das Gehirn abzubilden.
OCT für Augen und mehr
Laser in Biologie und Medizin wurden in der optischen Kohärenztomographie (OCT) eingesetzt, was eine Welle der Begeisterung auslöste. Diese Bildgebungstechnik nutzt die Eigenschaften eines Quantengenerators und kann sehr klare (in der Größenordnung eines Mikrometers), Querschnitts- und dreidimensionale Bilder von biologischem Gewebe in Echtzeit liefern. OCT wird bereits in der Augenheilkunde eingesetzt und kann beispielsweise einem Augenarzt ermöglichen, einen Querschnitt der Hornhaut zu sehen, um Netzhauterkrankungen und Glaukom zu diagnostizieren. Heute wird die Technik auch in anderen Bereichen der Medizin eingesetzt.
Eines der größten Gebiete der OCT ist die faseroptische Bildgebung der Arterien. Die optische Kohärenztomographie kann zur Beurteilung einer gerissenen instabilen Plaque verwendet werden.
Mikroskopie lebender Organismen
Laser in Wissenschaft, Technik, Medizin spielen auch miteine Schlüsselrolle in vielen Arten der Mikroskopie. Auf diesem Gebiet wurde eine Vielzahl von Entwicklungen gemacht, deren Zweck es ist, ohne Verwendung eines Skalpells sichtbar zu machen, was im Körper des Patienten passiert.
Der schwierigste Teil bei der Entfernung von Krebs ist die Notwendigkeit, ständig ein Mikroskop zu verwenden, damit der Chirurg sicherstellen kann, dass alles richtig gemacht wird. Die Möglichkeit, Live- und Echtzeitmikroskopie durchzuführen, ist ein bedeutender Fortschritt.
Eine neue Anwendung von Lasern in Technik und Medizin ist die Nahfeldabtastung der optischen Mikroskopie, die Bilder mit einer Auflösung erzeugen kann, die viel höher ist als die von Standardmikroskopen. Dieses Verfahren basiert auf optischen Fasern mit Kerben an den Enden, deren Abmessungen kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Dies ermöglichte die Bildgebung im Subwellenlängenbereich und legte den Grundstein für die Bildgebung biologischer Zellen. Der Einsatz dieser Technologie in IR-Lasern wird ein besseres Verständnis von Alzheimer, Krebs und anderen Veränderungen in Zellen ermöglichen.
PDT und andere Behandlungen
Entwicklungen auf dem Gebiet der optischen Fasern tragen dazu bei, die Einsatzmöglichkeiten von Lasern in anderen Bereichen zu erweitern. Neben der Tatsache, dass sie eine Diagnostik innerhalb des Körpers ermöglichen, kann die Energie kohärenter Strahlung dorthin übertragen werden, wo sie benötigt wird. Es kann in der Behandlung verwendet werden. Faserlaser werden immer fortschrittlicher. Sie werden die Medizin der Zukunft radikal verändern.
Bereich der Photomedizin mit lichtempfindlichen ChemikalienSubstanzen, die auf bestimmte Weise mit dem Körper interagieren, können mithilfe von Quantengeneratoren Patienten diagnostizieren und behandeln. Bei der photodynamischen Therapie (PDT) beispielsweise können ein Laser und ein lichtempfindliches Medikament das Sehvermögen bei Patienten mit der „feuchten“Form der altersbedingten Makuladegeneration wiederherstellen, der Hauptursache für Erblindung bei Menschen über 50 Jahren.
In der Onkologie reichern sich bestimmte Porphyrine in Krebszellen an und fluoreszieren, wenn sie mit einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden, was den Ort des Tumors anzeigt. Wenn dieselben Verbindungen dann mit einer anderen Wellenlänge beleuchtet werden, werden sie giftig und töten geschädigte Zellen ab.
Der Rotgas-Helium-Neon-Laser wird in der Medizin bei der Behandlung von Osteoporose, Psoriasis, trophischen Geschwüren usw. eingesetzt, da diese Frequenz von Hämoglobin und Enzymen gut absorbiert wird. Strahlung verlangsamt Entzündungen, beugt Hyperämie und Schwellungen vor und verbessert die Durchblutung.
Personalisierte Behandlung
Genetik und Epigenetik sind zwei weitere Bereiche, in denen Laser eingesetzt werden können.
In Zukunft wird alles im Nanomaßstab passieren, was uns Medizin im Zellmaßstab ermöglichen wird. Laser, die Femtosekundenpulse erzeugen und sich auf bestimmte Wellenlängen einstellen können, sind ideale Partner für Mediziner.
Dies öffnet die Tür zu einer personalisierten Behandlung basierend auf dem individuellen Genom des Patienten.
Leon Goldman - der GründerLasermedizin
Wenn man über den Einsatz von Quantengeneratoren bei der Behandlung von Menschen spricht, darf man Leon Goldman nicht unerwähnt lassen. Er gilt als „Vater“der Lasermedizin.
Schon ein Jahr nach der Erfindung der kohärenten Strahlungsquelle war Goldman der erste Forscher, der sie zur Behandlung von Hautkrankheiten einsetzte. Die Technik, die der Wissenschaftler verwendete, ebnete den Weg für die spätere Entwicklung der Laserdermatologie.
Seine Forschungen Mitte der 1960er Jahre führten zur Verwendung des Rubin-Quantengenerators in der Netzhautchirurgie und zu Entdeckungen wie der Fähigkeit kohärenter Strahlung, gleichzeitig Haut zu schneiden und Blutgefäße zu versiegeln, wodurch Blutungen begrenzt wurden.
Goldman, der die meiste Zeit seiner Karriere Dermatologe an der University of Cincinnati war, gründete die American Society for Lasers in Medicine and Surgery und trug dazu bei, den Grundstein für die Lasersicherheit zu legen. Gestorben 1997
Miniaturisierung
Die ersten 2-Mikrometer-Quantengeneratoren hatten die Größe eines Doppelbetts und wurden mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Heute sind handtellergroße Diodenlaser und noch kleinere Faserlaser erschienen. Diese Änderungen ebnen den Weg für neue Anwendungen und Entwicklungen. Die Medizin der Zukunft wird winzige Laser für Gehirnoperationen haben.
Aufgrund des technologischen Fortschritts sinken die Kosten stetig. So wie Laser in Haush altsgeräten alltäglich geworden sind, spielen sie auch in der Krankenhausausstattung eine Schlüsselrolle.
Wenn frühere Laser in der Medizin sehr groß waren undkomplex, die heutige Produktion aus Glasfaser hat die Kosten erheblich gesenkt, und der Übergang zur Nanoskala wird die Kosten noch weiter senken.
Andere Verwendungen
Urologen können Harnröhrenstrikturen, gutartige Warzen, Harnsteine, Blasenkontrakturen und Prostatavergrößerungen mit Lasern behandeln.
Der Einsatz des Lasers in der Medizin hat es Neurochirurgen ermöglicht, präzise Schnitte und endoskopische Untersuchungen des Gehirns und des Rückenmarks vorzunehmen.
Tierärzte verwenden Laser für endoskopische Eingriffe, Tumorkoagulation, Schnitte und photodynamische Therapien.
Zahnärzte verwenden kohärente Strahlung für das Bohren von Löchern, Zahnfleischoperationen, antibakterielle Verfahren, zahnärztliche Desensibilisierung und orofaziale Diagnostik.
Laserpinzette
Biomedizinische Forscher auf der ganzen Welt verwenden optische Pinzetten, Zellsortierer und viele andere Werkzeuge. Laserpinzetten versprechen eine bessere und schnellere Krebsdiagnose und wurden zum Einfangen von Viren, Bakterien, kleinen Metallpartikeln und DNA-Strängen eingesetzt.
In optischen Pinzetten wird ein Strahl kohärenter Strahlung verwendet, um mikroskopisch kleine Objekte zu h alten und zu drehen, ähnlich wie Pinzetten aus Metall oder Kunststoff kleine und zerbrechliche Objekte aufnehmen können. Einzelne Moleküle können manipuliert werden, indem man sie an mikrometergroße Objektträger oder Polystyrolkügelchen anheftet. Wenn der Strahl den Ball trifft, esKurven und hat einen leichten Aufprall, der den Ball direkt in die Mitte des Strahls drückt.
Dadurch entsteht eine "optische Falle", die ein kleines Teilchen in einem Lichtstrahl einfangen kann.
Laser in der Medizin: Vor- und Nachteile
Die Energie kohärenter Strahlung, deren Intensität moduliert werden kann, wird verwendet, um die zelluläre oder extrazelluläre Struktur biologischer Gewebe zu schneiden, zu zerstören oder zu verändern. Darüber hinaus reduziert der Einsatz von Lasern in der Medizin, kurz gesagt, das Infektionsrisiko und regt die Heilung an. Die Verwendung von Quantengeneratoren in der Chirurgie erhöht die Genauigkeit der Dissektion, sie sind jedoch gefährlich für schwangere Frauen und es gibt Kontraindikationen für die Verwendung von Photosensibilisatoren.
Die komplexe Struktur von Geweben erlaubt keine eindeutige Interpretation der Ergebnisse klassischer biologischer Analysen. Laser in der Medizin (Foto) sind ein wirksames Werkzeug zur Zerstörung von Krebszellen. Starke Quellen kohärenter Strahlung wirken jedoch wahllos und zerstören nicht nur das betroffene, sondern auch das umliegende Gewebe. Diese Eigenschaft ist ein wichtiges Werkzeug in der Mikrodissektionstechnik, die verwendet wird, um eine molekulare Analyse an einer interessierenden Stelle durchzuführen, mit der Fähigkeit, überschüssige Zellen selektiv zu zerstören. Das Ziel dieser Technologie ist es, die in allen biologischen Geweben vorhandene Heterogenität zu überwinden, um ihre Untersuchung in einer genau definierten Population zu erleichtern. In diesem Sinne hat die Lasermikrodissektion einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Forschung, zum Verständnis geleistetphysiologische Mechanismen, die heute auf der Ebene einer Population und sogar einer einzelnen Zelle eindeutig demonstriert werden können.
Die Funktionalität des Tissue Engineering ist heute zu einem wichtigen Faktor in der Entwicklung der Biologie geworden. Was passiert, wenn Aktinfasern bei der Teilung durchtrennt werden? Wird ein Drosophila-Embryo stabil bleiben, wenn die Zelle während der F altung zerstört wird? Welche Parameter spielen in der Meristemzone einer Pflanze eine Rolle? All diese Probleme können mit Lasern gelöst werden.
Nanomedizin
In letzter Zeit sind viele Nanostrukturen mit Eigenschaften entstanden, die für eine Reihe biologischer Anwendungen geeignet sind. Die wichtigsten davon sind:
- Quantenpunkte sind winzige Nanometer große lichtemittierende Partikel, die in der hochempfindlichen zellulären Bildgebung verwendet werden;
- magnetische Nanopartikel, die in der medizinischen Praxis Anwendung gefunden haben;
- Polymerpartikel für eingekapselte therapeutische Moleküle;
- Metall-Nanopartikel.
Die Entwicklung der Nanotechnologie und der Einsatz von Lasern in der Medizin hat, kurz gesagt, die Art und Weise, wie Medikamente verabreicht werden, revolutioniert. Suspensionen von Nanopartikeln, die Arzneimittel enth alten, können den therapeutischen Index vieler Verbindungen erhöhen (Erhöhung der Löslichkeit und Wirksamkeit, Verringerung der Toxizität), indem sie selektiv betroffene Gewebe und Zellen beeinflussen. Sie liefern den Wirkstoff und regulieren auch die Freisetzung des Wirkstoffs als Reaktion auf äußere Stimulation. Nanotheranostics ist weiterein experimenteller Ansatz, der die doppelte Verwendung von Nanopartikeln, Wirkstoff, Therapie und diagnostischen Bildgebungsinstrumenten ermöglicht und den Weg zu einer personalisierten Behandlung ebnet.
Der Einsatz von Lasern in Medizin und Biologie zur Mikrodissektion und Photoablation ermöglichte es, die physiologischen Mechanismen der Krankheitsentstehung auf verschiedenen Ebenen zu verstehen. Die Ergebnisse werden dabei helfen, die besten Diagnose- und Behandlungsmethoden für jeden Patienten zu bestimmen. Unverzichtbar wird auch die Entwicklung der Nanotechnologie in engem Zusammenhang mit den Fortschritten in der Bildgebung sein. Die Nanomedizin ist eine vielversprechende neue Form der Behandlung bestimmter Krebsarten, Infektionskrankheiten oder Diagnostika.
