במהלך חצי המאה האחרונה נעשה שימוש בלייזרים ברפואת עיניים, אונקולוגיה, כירורגיה פלסטית ובתחומים רבים אחרים של רפואה ומחקר ביו-רפואי.
האפשרות להשתמש באור לטיפול במחלות ידועה כבר אלפי שנים. היוונים והמצרים הקדמונים השתמשו בקרינת שמש בטיפול, ושני הרעיונות אף נקשרו במיתולוגיה - האל היווני אפולו היה אל השמש והריפוי.
רק לאחר המצאת מקור הקרינה הקוהרנטית לפני יותר מ-50 שנה באמת נחשף הפוטנציאל של שימוש באור ברפואה.
בשל תכונותיהם המיוחדות, לייזרים יעילים הרבה יותר מקרינה מהשמש או ממקורות אחרים. כל מחולל קוונטי פועל בטווח אורכי גל צר מאוד ופולט אור קוהרנטי. כמו כן, לייזרים ברפואה מאפשרים ליצור כוחות גבוהים. ניתן לרכז את אלומת האנרגיה בנקודה קטנה מאוד, שבזכותה מושגת הצפיפות הגבוהה שלה. תכונות אלו הובילו לכך שכיום משתמשים בלייזרים בתחומים רבים של אבחון רפואי, טיפול וכירורגיה.
טיפול בעור ובעיניים
השימוש בלייזרים ברפואה החל ברפואת עיניים ובדרמטולוגיה. קוונטיםהגנרטור נפתח בשנת 1960. ושנה לאחר מכן, ליאון גולדמן הדגים כיצד ניתן להשתמש בלייזר אדום אודם ברפואה כדי להסיר דיספלזיה נימי, סוג של כתם לידה ומלנומה.
יישום זה מבוסס על היכולת של מקורות קרינה קוהרנטיים לפעול באורך גל מסוים. מקורות קרינה קוהרנטיים נמצאים כיום בשימוש נרחב להסרת גידולים, קעקועים, שיער ושומות.
בדרמטולוגיה משתמשים בלייזרים מסוגים ואורכי גל שונים, עקב סוגים שונים של נגעים הנרפאים והחומר הסופג העיקרי בתוכם. אורך הגל תלוי גם בסוג העור של המטופל.
כיום, אי אפשר לעסוק ברפואת עור או ברפואת עיניים בלי לייזר, שכן הם הפכו לכלי העיקרי לטיפול בחולים. השימוש במחוללי קוונטים לתיקון ראייה ובמגוון רחב של יישומי עיניים גדל לאחר שצ'ארלס קמפבל הפך לרופא הראשון שהשתמש בלייזר אדום ברפואה ב-1961 כדי לטפל בחולה עם היפרדות רשתית.
מאוחר יותר, לצורך כך, החלו רופאי עיניים להשתמש במקורות ארגון של קרינה קוהרנטית בחלק הירוק של הספקטרום. כאן, תכונות העין עצמה, במיוחד העדשה שלה, שימשו למיקוד הקרן באזור היפרדות הרשתית. הכוח המרוכז ביותר של המכשיר ממש מרתך אותה.
מטופלים עם צורות מסוימות של ניוון מקולרי יכולים להפיק תועלת מניתוח לייזר - פוטוקרישה בלייזר וטיפול פוטודינמי. בהליך הראשון, קרן קוהרנטיתקרינה משמשת לאטום כלי דם ולהאטת הצמיחה הפתולוגית שלהם מתחת למקולה.
מחקרים דומים נעשו בשנות הארבעים עם אור השמש, אבל הרופאים היו זקוקים לתכונות הייחודיות של מחולל קוונטים כדי להשלים אותם בהצלחה. השימוש הבא בלייזר ארגון היה לעצור דימום פנימי. ספיגה סלקטיבית של אור ירוק על ידי המוגלובין, פיגמנט בתאי דם אדומים, שימשה לחסימת כלי דם מדממים. כדי לטפל בסרטן, הם הורסים את כלי הדם הנכנסים לגידול ומספקים לו חומרים מזינים.
לא ניתן להשיג זאת באמצעות אור שמש. הרפואה היא מאוד שמרנית, כמו שצריך, אבל מקורות קרינה קוהרנטית זכו להכרה בתחומים שונים. לייזרים ברפואה החליפו מכשירים מסורתיים רבים.
רפואת עיניים ודרמטולוגיה נהנו גם ממקורות אקסימר של קרינת UV קוהרנטית. הם הפכו בשימוש נרחב לעיצוב מחדש של הקרנית (LASIK) לתיקון ראייה. לייזרים ברפואה אסתטית משמשים להסרת כתמים וקמטים.
ניתוח קוסמטי רווחי
פיתוחים טכנולוגיים כאלה הם בהכרח פופולריים בקרב משקיעים מסחריים, מכיוון שיש להם פוטנציאל רווח עצום. חברת האנליטיקה Medtech Insight העריכה בשנת 2011 את גודל השוק של ציוד לייזר ליופי ביותר ממיליארד דולר אמריקאי. אכן, למרותירידה בביקוש הכולל למערכות רפואיות במהלך השפל העולמי, ניתוחים קוסמטיים מבוססי מחולל קוונטים ממשיכים ליהנות מביקוש חזק בארצות הברית, השוק הדומיננטי למערכות לייזר.
ויזואליזציה ואבחון
לייזרים ברפואה ממלאים תפקיד חשוב בגילוי מוקדם של סרטן, כמו גם מחלות רבות אחרות. לדוגמה, בתל אביב התעניינה קבוצת מדענים בספקטרוסקופיה של IR באמצעות מקורות אינפרא אדום של קרינה קוהרנטית. הסיבה לכך היא שלסרטן ורקמות בריאות עשויות להיות חדירות אינפרא אדום שונה. אחד היישומים המבטיחים של שיטה זו הוא זיהוי מלנומות. בסרטן העור, אבחון מוקדם חשוב מאוד להישרדות החולה. נכון לעכשיו, זיהוי מלנומה נעשה בעין, ולכן נותר להסתמך על המיומנות של הרופא.
בישראל כל אדם יכול ללכת לבדיקת מלנומה בחינם פעם בשנה. לפני מספר שנים נערכו מחקרים באחד מהמרכזים הרפואיים הגדולים, שבעקבותיהם ניתן היה לראות בבירור את ההבדל בטווח האינפרא אדום בין סימנים פוטנציאליים, אך לא מסוכנים, לבין מלנומה אמיתית.
קציר, מארגן כנס SPIE הראשון בנושא אופטיקה ביו-רפואית ב-1984, וקבוצתו בתל אביב פיתחו גם סיבים אופטיים שקופים לאורכי גל אינפרא אדום, המאפשרים להרחיב את השיטה לאבחון פנימי. בנוסף, זה יכול להוות חלופה מהירה וללא כאבים למריחת צוואר הרחם פנימהגינקולוגיה.
לייזר מוליך למחצה כחול ברפואה מצא יישום באבחון פלואורסצנטי.
מערכות המבוססות על מחולל קוונטים מתחילות גם הן להחליף את קרני הרנטגן, שהיו בשימוש מסורתי בממוגרפיה. צילומי רנטגן מציבים בפני הרופאים דילמה קשה: הם זקוקים לעוצמה גבוהה כדי לזהות באופן אמין סרטן, אך העלייה בקרינה עצמה מגבירה את הסיכון לסרטן. כחלופה, נבדקת האפשרות להשתמש בפולסי לייזר מהירים מאוד לצילום בית החזה וחלקים אחרים בגוף, כמו המוח.
OCT לעיניים ועוד
לייזרים בביולוגיה ורפואה שימשו בטומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT), מה שגרם לגל של התלהבות. טכניקת הדמיה זו משתמשת בתכונות של מחולל קוונטי ויכולה לספק תמונות ברורות מאוד (בסדר גודל של מיקרון), חתך רוחב ותלת מימד של רקמה ביולוגית בזמן אמת. OCT כבר משמש ברפואת עיניים, והוא יכול, למשל, לאפשר לרופא עיניים לראות חתך רוחב של הקרנית כדי לאבחן מחלות רשתית וגלאוקומה. כיום, הטכניקה מתחילה לשמש גם בתחומי רפואה אחרים.
אחד התחומים הגדולים ביותר שעולים מאוקטובר הוא הדמיית סיבים אופטיים של העורקים. ניתן להשתמש בטומוגרפיית קוהרנטיות אופטית כדי להעריך רובד לא יציב שנקרע.
מיקרוסקופיה של אורגניזמים חיים
גם לייזרים במדע, טכנולוגיה, רפואה משחקיםתפקיד מפתח בסוגים רבים של מיקרוסקופיה. בוצעו מספר רב של פיתוחים בתחום זה, שמטרתם לדמיין את המתרחש בתוך גופו של המטופל ללא שימוש באזמל.
החלק הקשה ביותר בהסרת סרטן הוא הצורך להשתמש כל הזמן במיקרוסקופ כדי שהמנתח יוכל לוודא שהכל נעשה כהלכה. היכולת לבצע מיקרוסקופיה חיה ובזמן אמת היא התקדמות משמעותית.
יישום חדש של לייזרים בהנדסה ורפואה הוא סריקה בשדה הקרוב של מיקרוסקופיה אופטית, שיכולה לייצר תמונות ברזולוציה גבוהה בהרבה מזו של מיקרוסקופים סטנדרטיים. שיטה זו מבוססת על סיבים אופטיים עם חריצים בקצוות, שמידותיהם קטנות מאורך הגל של האור. זה אפשר הדמיה באורך תת-גל והניח את הבסיס להדמיית תאים ביולוגיים. השימוש בטכנולוגיה זו בלייזרי IR יאפשר הבנה טובה יותר של מחלת אלצהיימר, סרטן ושינויים אחרים בתאים.
PDT וטיפולים אחרים
פיתוחים בתחום הסיבים האופטיים עוזרים להרחיב את אפשרויות השימוש בלייזרים בתחומים נוספים. בנוסף לעובדה שהם מאפשרים אבחון בתוך הגוף, ניתן להעביר את האנרגיה של קרינה קוהרנטית למקום שבו היא נחוצה. זה יכול לשמש בטיפול. לייזרים סיבים הופכים הרבה יותר מתקדמים. הם ישנו באופן קיצוני את רפואת העתיד.
תחום של פוטו-רפואה באמצעות כימיקל רגיש לאורחומרים המקיימים אינטראקציה עם הגוף בצורה מסוימת יכולים להשתמש במחוללי קוונטים הן לאבחון והן לטיפול בחולים. בטיפול פוטודינמי (PDT), למשל, לייזר ותרופה רגישות לאור יכולים לשקם את הראייה בחולים עם הצורה ה"רטובה" של ניוון מקולרי הקשור לגיל, הגורם המוביל לעיוורון בקרב אנשים מעל גיל 50.
באונקולוגיה, פורפירינים מסוימים מצטברים בתאי סרטן ומפלורסים כאשר הם מוארים באורך גל מסוים, המעידים על מיקום הגידול. אם אותן תרכובות מוארות באורך גל שונה, הן הופכות לרעילות והורגות תאים פגומים.
לייזר הליום-ניאון בגז האדום משמש ברפואה בטיפול באוסטיאופורוזיס, פסוריאזיס, כיבים טרופיים וכו', שכן תדר זה נספג היטב בהמוגלובין ובאנזימים. קרינה מאטה דלקת, מונעת היפרמיה ונפיחות ומשפרת את זרימת הדם.
טיפול מותאם אישית
גנטיקה ואפיגנטיה הם שני תחומים נוספים שבהם ניתן להשתמש בלייזרים.
בעתיד הכל יקרה בקנה מידה ננו, מה שיאפשר לנו לעשות רפואה בקנה מידה של התא. לייזרים שיכולים ליצור פולסים של פמט-שנייה ולהתכוונן לאורכי גל ספציפיים הם שותפים אידיאליים לאנשי מקצוע רפואיים.
זה יפתח את הדלת לטיפול מותאם אישית המבוסס על הגנום האישי של המטופל.
ליאון גולדמן - המייסדרפואת לייזר
אם מדברים על השימוש במחוללי קוונטים בטיפול באנשים, אי אפשר שלא להזכיר את ליאון גולדמן. הוא ידוע בתור "האב" של רפואת הלייזר.
כבר שנה לאחר המצאת מקור הקרינה הקוהרנטית, גולדמן הפך לחוקר הראשון שהשתמש בו לטיפול במחלות עור. הטכניקה שבה השתמש המדען סללה את הדרך לפיתוח שלאחר מכן של רפואת עור בלייזר.
מחקריו באמצע שנות ה-60 הובילו לשימוש במחולל הקוונטים של רובי בניתוחי רשתית ותגליות כמו היכולת של קרינה קוהרנטית לחתוך בו-זמנית עור ולאטום כלי דם, ולהגביל את הדימום.
גולדמן, רופא עור באוניברסיטת סינסינטי במשך רוב הקריירה שלו, הקים את האגודה האמריקנית ללייזרים ברפואה וכירורגיה ועזר להניח את הבסיס לבטיחות לייזר. נפטר 1997
Miniaturization
הגנרטורים הקוונטים הראשונים של 2 מיקרון היו בגודל של מיטה זוגית ומקוררו בחנקן נוזלי. כיום, הופיעו לייזרים דיודות בגודל כף היד ואף לייזר סיבים קטנים יותר. שינויים אלו סוללים את הדרך ליישומים ופיתוחים חדשים. לרפואת העתיד יהיו לייזרים זעירים לניתוחי מוח.
עקב ההתקדמות הטכנולוגית, יש הוזלה מתמדת בעלויות. בדיוק כפי שלייזרים הפכו לדבר שבשגרה במכשירי חשמל ביתיים, הם החלו למלא תפקיד מפתח בציוד לבתי חולים.
אם הלייזרים הקודמים ברפואה היו גדולים מאוד ומורכב, הייצור של היום מסיבים אופטיים הפחית משמעותית את העלות, והמעבר לקנה מידה ננוטי יפחית את העלויות עוד יותר.
שימושים אחרים
אורולוגים יכולים לטפל בהיצרות השופכה, יבלות שפירות, אבנים בדרכי השתן, התכווצות שלפוחית השתן והגדלת הערמונית באמצעות לייזרים.
השימוש בלייזר ברפואה אפשר לנוירוכירורגים לבצע חתכים מדויקים ובדיקות אנדוסקופיות של המוח וחוט השדרה.
וטרינרים משתמשים בלייזרים לצורך פרוצדורות אנדוסקופיות, קרישת גידולים, חתכים וטיפול פוטודינמי.
רופאי שיניים משתמשים בקרינה קוהרנטית ליצירת חורים, ניתוחי חניכיים, פרוצדורות אנטיבקטריאליות, חוסר רגישות שיניים ואבחון אור-פנים.
פינצטה לייזר
חוקרים ביו-רפואיים ברחבי העולם משתמשים בפינצטה אופטית, ממיין תאים וכלים רבים אחרים. פינצטה לייזר מבטיחה אבחון סרטן טוב ומהיר יותר ושימשה ללכידת וירוסים, חיידקים, חלקיקי מתכת קטנים וחוטי DNA.
בפינצטה אופטית, קרן של קרינה קוהרנטית משמשת לאחיזה ולסיבוב של עצמים מיקרוסקופיים, בדומה לאופן שבו פינצטה מתכת או פלסטיק יכולה לקלוט חפצים קטנים ושבירים. ניתן לתמרן מולקולות בודדות על ידי הצמדתן לשקופיות בגודל מיקרון או חרוזי פוליסטירן. כאשר הקורה פוגעת בכדור, היאמתעקל ויש לו פגיעה קלה, דוחף את הכדור ישר למרכז הקורה.
זה יוצר "מלכודת אופטית" שמסוגלת ללכוד חלקיק קטן בקרן אור.
לייזר ברפואה: יתרונות וחסרונות
האנרגיה של קרינה קוהרנטית, שעוצמתה ניתנת לשינוי, משמשת לחיתוך, להרוס או לשנות את המבנה התאי או החוץ-תאי של רקמות ביולוגיות. בנוסף, השימוש בלייזרים ברפואה, בקיצור, מפחית את הסיכון לזיהום וממריץ ריפוי. השימוש במחוללי קוונטים בניתוח מגביר את דיוק הנתיחה, עם זאת, הם מסוכנים לנשים בהריון ויש התוויות נגד לשימוש בתרופות פוטו-סנסיטיזציה.
המבנה המורכב של רקמות אינו מאפשר פרשנות חד משמעית לתוצאות של ניתוחים ביולוגיים קלאסיים. לייזרים ברפואה (צילום) הם כלי יעיל להרס של תאים סרטניים. עם זאת, מקורות רבי עוצמה של קרינה קוהרנטית פועלים ללא הבחנה והורסים לא רק את המושפעים, אלא גם את הרקמות שמסביב. מאפיין זה הוא כלי חשוב בטכניקת המיקרו-דיסקציה המשמשת לביצוע ניתוח מולקולרי באתר מעניין עם יכולת להרוס באופן סלקטיבי עודפי תאים. המטרה של טכנולוגיה זו היא להתגבר על ההטרוגניות הקיימת בכל הרקמות הביולוגיות על מנת להקל על מחקרן באוכלוסייה מוגדרת היטב. במובן זה, מיקרודיסקציה בלייזר תרמה תרומה משמעותית לפיתוח המחקר, להבנהמנגנונים פיזיולוגיים שהיום ניתן להדגים בבירור ברמה של אוכלוסייה ואפילו תא בודד.
הפונקציונליות של הנדסת רקמות כיום הפכה לגורם מרכזי בהתפתחות הביולוגיה. מה קורה אם חותכים סיבי אקטין במהלך החלוקה? האם עובר תסיסנית יהיה יציב אם התא ייהרס במהלך הקיפול? מהם הפרמטרים המעורבים באזור המריסטם של צמח? ניתן לפתור את כל הבעיות הללו באמצעות לייזרים.
Nanomedicine
לאחרונה צצו ננו-מבנים רבים עם תכונות המתאימות למגוון יישומים ביולוגיים. החשובים שבהם הם:
- נקודות קוונטיות הם חלקיקים זעירים פולטי אור בגודל ננומטר המשמשים בהדמיה סלולרית רגישה במיוחד;
- ננו-חלקיקים מגנטיים שמצאו יישום בפרקטיקה הרפואית;
- חלקיקי פולימר למולקולות טיפוליות מובלעות;
- חלקיקי מתכת.
פיתוח הננוטכנולוגיה והשימוש בלייזרים ברפואה, בקיצור, חוללו מהפכה בדרך מתן התרופות. תרחיפים של ננו-חלקיקים המכילים תרופות יכולות להגביר את האינדקס הטיפולי של תרכובות רבות (להגביר את המסיסות והיעילות, להפחית רעילות) על ידי השפעה סלקטיבית על רקמות ותאים מושפעים. הם מספקים את החומר הפעיל וגם מווסתים את שחרור החומר הפעיל בתגובה לגירוי חיצוני. ננותרנוסטיקה רחוקה יותרגישה ניסיונית המאפשרת שימוש כפול בננו-חלקיקים, תרכובת תרופות, טיפול וכלי הדמיה אבחנתיים, ופותחת את הדרך לטיפול מותאם אישית.
השימוש בלייזרים ברפואה ובביולוגיה למיקרודיסקציה ופוטואבלציה אפשרו להבין את המנגנונים הפיזיולוגיים של התפתחות המחלה ברמות שונות. התוצאות יעזרו לקבוע את שיטות האבחון והטיפול הטובות ביותר עבור כל מטופל. פיתוח הננוטכנולוגיה בקשר הדוק עם התקדמות בתחום ההדמיה יהיה גם הכרחי. ננו-רפואה היא צורה חדשה ומבטיחה של טיפול בסוגי סרטן מסוימים, מחלות זיהומיות או אבחון.
