hassan_niazy
مدیر بازنشسته
در ۱۹۶۶ Theodore Maiman، اولین مخترع سیستم لیزر کریستالی یاقوتی، کاربردهای احتمالی این تکنولوژی جدید و هیجان انگیز را بیان کرد. مطبوعات معروف از اختراع او به گرمی استقبال کردند و لیزر را به عنوان درمان کامل کانسر و جانشین خوبی برای چاقوهای قدیمی جراحی شناختند. Maiman رویای آینده یی با جراحی بدون خونروی و حذف انتخابی تومورها بدون اثر روی بافت های اطراف را می دید و حتی تصور می کرد که روزی می توان از لیزر برای تخریب ژن های خاص استفاده کرد. هر چند که تمام تفکرات Maiman به حقیقت نپیوست، اما اختراع او باعث اعجاب همگان و الهام بخش بسیاری از دانشمندان گردید. درمان بالیزر یکی از زمینه های در حال رشد سریع درتکنولوژی پزشکی است. این خلاصه ی کوتاه ازتاریخچه ی لیزر، مبدا وتکامل لیزرهای مورد استفاده در درماتولوژی را با تأکید بیشتر بر دهه ی اخیر وآغاز هزاره ی سوم وقرن بیست ویکم مورد بررسی قرار می دهد.
● لیزرها در قبل از سال ۲۰۰۰ (قرن بیستم)
نظریه ی جدید وجالب«نیلزبور» درمورد ساختار اتم، یک زیر ساخت مهم برای فیزیک کوآنتوم ایجاد کرد. طبق نظریه ی بور اتم ها در حالت های پایداری هستند و در این زمان تابش انرژی ندارند. وقتی اتم از حالت برانگیخته به حالت پایدار بازمی گردد، انرژی را در اندازه های گسسته یا کوآنتا quanta پخش می کند. براساس این تئوری ها، آلبرت اینشتین نظریه ی تقویت انرژی تابشی تحریک شده را به عنوان قسمتی از تئوری کوآنتوم خود در سال ۱۹۱۷ منتشر کرد. تئوری اینشتین در سال ۱۹۵۵ توسط Gordon و Townes به حقیقت پیوست زمانی که آنها وسیله یی اختراع کردند که با استفاده از گاز آمونیاک به عنوان واسط نوری، امواج کوتاه همگرا تولید می کرد. این دستگاه پیشرو ابزارهایی بود که امروزه به نام لیزر می شناسیم.
اولین لیزر حقیقی در سال ۱۹۵۹ توسط Maiman ساخته شد. انرژی ماکروویو توسط کریستال یاقوت تقویت می شد تا پرتوی نور قرمزی با طول موج ۶۹۴nm تولید شود.
مدت کوتاهی پس از لیزر یاقوت، لیزرهای جامد دیگری مثل (Nd:YAG) تولید شد.
لیزرهای گازی مثل ارگون، هلیوم، نئون و CO۲ جانشین هایی برای میله های شیشه یی جامد بودند.
اولین استفاده ی پزشکی لیزر در چشم پزشکی بود (برای ترمیم شبکیه در درمان دکولمان رتین) شهرت لیزر در درمان بیماریهای پوستی مدیون فعالیت های دکتر Leon Goldman است او رئیس بخش پوست دانشگاه Cincinnati می باشد. دکتر Goldman اولین پزشکی بود که از خصوصیات لیزر یاقوت در درمان خالکوبی استفاده کرد. نتیجه یی که وی در سال ۱۹۶۵ منتشر کرد تنها اولین مقاله از سری مقالات او درمورد استفاده از لیزر در درمان بیماریهای پوست بود. از دکتر Goldmman در بسیاری از کمیته های درماتولوژی به عنوان «پدرلیزر در پزشکی و جراحی» یاد می شود.
همانطور که در همه ی تکنولوژی ها دیده می شود، پزشکانی که از اولین لیزرها استفاده می کردند با مشکلات زیادی مواجه شدند. لیزرهای اولیه مثال آرگون و CO۲ یک پرتوی نور پیوسته تابش می کردند که اگر چه در تخریب هدف مؤثر بود اما بافت سالم اطراف را نیز برای مدت طولانی در معرض قرار می داد. نتیجه ی این تخریب همراه درجات بالا و غیر قابل قبول اسکار هیپرتروفیک وپیگمانتاسیون بود.
در جهت کاهش میزان تخریب ناخواسته گرمایی، امواج پیوسته ی لیزر بعداً با استفاده از یک دیافراگم مکانیکال جهت قطع پرتو نور، به صورت پالس شدند. لیزرهای به ظاهر پیوسته شامل پتاسیم، تیتانیل فسفات (۵۳۲nm)، بخارمس(۵۱۰nm)، برومید مس(۵۷۸nm)، کریپتون(۵۶۸nm) و لیزرهای رنگی تنظیم پذیر(۵۷۷nm و ۵۸۵nm) بودند. از این لیزرهای به ظاهر پیوسته می توان در کنار وسایل اسکنینگ روباتیک که پالس های نور را به طور موقت ازهم جدا می کنند جهت به حداقل رساندن آسیب های بافتی ناخواسته استفاده کرد.
● لیزری با رنگ متفاوت: لیزرهای زرد رنگ
بسیاری از استفاده های اولیه ی لیزر دردرماتولوژی بر درمان ضایعات عروقی مثل خال عروقی stain port wine متمرکز بود.لیزرهای آرگون پیوسته ی اولیه (۵۱۴nm یا ۴۸۸) یک نور سبز آبی تابش می کرد که جهت درمان ضایعات عروقی مورد استفاده قرار می گرفت ولی به طور مطلوب اکسی هموگلوبین را هدف قرارنمی داد وهمچنین به میزان زیادی توسط ملانین جذب می شد. این عدم اختصاصی بودن هدف سبب ایجاد اثر ضعیف و یک اثر جانبی مضر شامل هیپوپیگمانتاسیون و اسکار می شد.
شناخت محدودیت های لیزر آرگون سبب تولید لیزرهای نور زرد شد که به پیک جذبی اکسی هموگلوبین نزدیک تر بودند. اولین لیزرهای نور زرد، لیزرهای تنظیم پذیر پر شده با آرگون بودند که درسال ۱۹۸۱ از رنگ های ارگانیکی استفاده می کردند که برای تولید طول موج های مختلف نور به ویژه ۵۸۵ یا۵۷۷nm قابل تنظیم بود.از لیزرهای رنگی تنظیم پذیر می شد هم به عنوان امواج پیوسته و هم دیافراگم دار جهت تولید پالس های نور زرد استفاده کرد.
● لیزر رنگی PDL وتئوری فتوترمولیز انتخابی
با استفاده همزمان از لیزر PDL در اوایل دهه ی ۱۹۸۰ بود که Parrish, Anderson توانستند تئوری فتوترمولیز انتخابی را که جراحی پوستی لیزر را متحول کرد پیشرفت دهند.
Andersonو Parrish دریافتند که تخریب گرمایی بافت های سالم اطراف نتیجه ی تماس دراز مدت با انرژی لیزراست. با انتخاب طول موج های اختصاصی برای کروموفور هدف و انتقال این انرژی با سرعتی که از زمان استراحت کروموفور تجاوز نکند از آسیب گرمایی به ساختمان های مجاور جلوگیری می شود. اگر شدت انرژی جهت تخریب کروموفور در این زمان کوتاه کافی باشد، تخریب درمانی به حداکثر رسیده در حالی که آسیب گرمایی بافت های اطراف به حداقل می رسد.
PDL درآزمایشگاه Harvard&#۰۳۹;s Wellman توسط دکتر Anderson و دکتر Parrish دراوایل دهه ی ۱۹۸۰ تولید شد. تفاوت اصلی در این لیزر،انتقال نور زرد در پالس های بسیار کوتاه در حد میکروثانیه بود. توانایی PDL در تخریب هدف های عروقی بسیار اختصاصی بود در حالی که آسیب ساختمان های مجاور به حداقل رسیده بود که PDL را درمان مناسبی برای آسیب های عروقی در بچه ها و اطفال کرده بود. PDL در ابتدا برای تولید نور زرد باطول موج۵۷۷nm ایجاد شد، ولی بعد برای تخریب هدفهای عمقی تر با افزایش طول موج به ۵۸۵nm وافزایش مدت پالس از ۳۶۰ به ۴۵۰ میکروثانیه اصلاح شد.
در کنار PDL، لیزر بخار مس (۵۷۸nm) برای درمان انتخابی ضایعات عروقی استفاده می شود. این لیزر نیز گروهی از امواج سبز با طول موج۵۱۰nm را که توسط ملانین جذب می شود تابش می کرد و در درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد. این امر موجب شد تا ضایعات بیشتری توسط این وسیله درمان شود.
● مدت پالس های بسیارکوتاه: لیزرهای Q switched
در زمان کوتاهی پس از تولید لیزرهای درمانی، آزمایشهایی جهت کاهش مدت تماس با لیزر از میلی ثانیه به نانو ثانیه انجام شد. این تکنیک که Q switched (QS) نامیده می شد پالس را کوتاه و پیک انرژی را از طریق استفاده از دیافراگم الکتریکی نوری افزایش داد. این امر امکان ذخیره و متعاقباً آزاد سازی انرژی در حد گیگاوات را امکان پذیر می کرد.
اولین لیزر QS یک لیزر یاقوتی اصلاح شده بود که توسط دکتر Goldman در سال ۱۹۶۷ برای برداشتن خالکوبی ها استفاده شد. لیزریاقوتی QS یک پرتو نور قرمز رنگ با طول موج۶۹۴nm تابش می کرد که به خوبی توسط ملانین جذب می شد، لذا جهت درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد.اگرچه لیزر یاقوتی QS در درمان خالکوبی ایمن و کارآمد بود اما FDA این روش درمانی را تا ۲۲ سال بعد یعنی ۱۹۸۹ تأیید نکرد. در دهه ی ۱۹۸۰ پیشگامانی مثل Reid و همکارانش سبب ایجاد علاقه ی مجدد به روش QS شدند.
لیزر QS Nd:YAG مجوز FDA را به عنوان درمان خالکوبی در سال ۱۹۹۱ دریافت کرد.
علاوه بر طول موج۱۰۶۴nm که به وسیله ی عبور نور از کریستال نوری ایجاد شده بود امکان نصف کردن طول موج از ۱۰۶۴ به ۵۳۲nm و دو برابر کردن فرکانس جهت تولید پرتو نور سبز که برای درمان ضایعات پیگمانته ی سطحی استفاده می شد، وجود داشت. متعاقباً، لیزرQ Switch alexandrite برای درمان خالکوبی و ضایعات پیگمانته ی عمقی تر استفاده شد زیرا نور قرمز تولید شده نفوذ بیشتری به درون درم داشت. طول موج های بلندتر کلاً سبب آسیب کمتری درملانین اپیدرم می شدند ولذا ریسک تغییر پیگمانی ثانویه را کاهش می دادند.
● لیزرها در قبل از سال ۲۰۰۰ (قرن بیستم)
نظریه ی جدید وجالب«نیلزبور» درمورد ساختار اتم، یک زیر ساخت مهم برای فیزیک کوآنتوم ایجاد کرد. طبق نظریه ی بور اتم ها در حالت های پایداری هستند و در این زمان تابش انرژی ندارند. وقتی اتم از حالت برانگیخته به حالت پایدار بازمی گردد، انرژی را در اندازه های گسسته یا کوآنتا quanta پخش می کند. براساس این تئوری ها، آلبرت اینشتین نظریه ی تقویت انرژی تابشی تحریک شده را به عنوان قسمتی از تئوری کوآنتوم خود در سال ۱۹۱۷ منتشر کرد. تئوری اینشتین در سال ۱۹۵۵ توسط Gordon و Townes به حقیقت پیوست زمانی که آنها وسیله یی اختراع کردند که با استفاده از گاز آمونیاک به عنوان واسط نوری، امواج کوتاه همگرا تولید می کرد. این دستگاه پیشرو ابزارهایی بود که امروزه به نام لیزر می شناسیم.
اولین لیزر حقیقی در سال ۱۹۵۹ توسط Maiman ساخته شد. انرژی ماکروویو توسط کریستال یاقوت تقویت می شد تا پرتوی نور قرمزی با طول موج ۶۹۴nm تولید شود.
مدت کوتاهی پس از لیزر یاقوت، لیزرهای جامد دیگری مثل (Nd:YAG) تولید شد.
لیزرهای گازی مثل ارگون، هلیوم، نئون و CO۲ جانشین هایی برای میله های شیشه یی جامد بودند.
اولین استفاده ی پزشکی لیزر در چشم پزشکی بود (برای ترمیم شبکیه در درمان دکولمان رتین) شهرت لیزر در درمان بیماریهای پوستی مدیون فعالیت های دکتر Leon Goldman است او رئیس بخش پوست دانشگاه Cincinnati می باشد. دکتر Goldman اولین پزشکی بود که از خصوصیات لیزر یاقوت در درمان خالکوبی استفاده کرد. نتیجه یی که وی در سال ۱۹۶۵ منتشر کرد تنها اولین مقاله از سری مقالات او درمورد استفاده از لیزر در درمان بیماریهای پوست بود. از دکتر Goldmman در بسیاری از کمیته های درماتولوژی به عنوان «پدرلیزر در پزشکی و جراحی» یاد می شود.
همانطور که در همه ی تکنولوژی ها دیده می شود، پزشکانی که از اولین لیزرها استفاده می کردند با مشکلات زیادی مواجه شدند. لیزرهای اولیه مثال آرگون و CO۲ یک پرتوی نور پیوسته تابش می کردند که اگر چه در تخریب هدف مؤثر بود اما بافت سالم اطراف را نیز برای مدت طولانی در معرض قرار می داد. نتیجه ی این تخریب همراه درجات بالا و غیر قابل قبول اسکار هیپرتروفیک وپیگمانتاسیون بود.
در جهت کاهش میزان تخریب ناخواسته گرمایی، امواج پیوسته ی لیزر بعداً با استفاده از یک دیافراگم مکانیکال جهت قطع پرتو نور، به صورت پالس شدند. لیزرهای به ظاهر پیوسته شامل پتاسیم، تیتانیل فسفات (۵۳۲nm)، بخارمس(۵۱۰nm)، برومید مس(۵۷۸nm)، کریپتون(۵۶۸nm) و لیزرهای رنگی تنظیم پذیر(۵۷۷nm و ۵۸۵nm) بودند. از این لیزرهای به ظاهر پیوسته می توان در کنار وسایل اسکنینگ روباتیک که پالس های نور را به طور موقت ازهم جدا می کنند جهت به حداقل رساندن آسیب های بافتی ناخواسته استفاده کرد.
● لیزری با رنگ متفاوت: لیزرهای زرد رنگ
بسیاری از استفاده های اولیه ی لیزر دردرماتولوژی بر درمان ضایعات عروقی مثل خال عروقی stain port wine متمرکز بود.لیزرهای آرگون پیوسته ی اولیه (۵۱۴nm یا ۴۸۸) یک نور سبز آبی تابش می کرد که جهت درمان ضایعات عروقی مورد استفاده قرار می گرفت ولی به طور مطلوب اکسی هموگلوبین را هدف قرارنمی داد وهمچنین به میزان زیادی توسط ملانین جذب می شد. این عدم اختصاصی بودن هدف سبب ایجاد اثر ضعیف و یک اثر جانبی مضر شامل هیپوپیگمانتاسیون و اسکار می شد.
شناخت محدودیت های لیزر آرگون سبب تولید لیزرهای نور زرد شد که به پیک جذبی اکسی هموگلوبین نزدیک تر بودند. اولین لیزرهای نور زرد، لیزرهای تنظیم پذیر پر شده با آرگون بودند که درسال ۱۹۸۱ از رنگ های ارگانیکی استفاده می کردند که برای تولید طول موج های مختلف نور به ویژه ۵۸۵ یا۵۷۷nm قابل تنظیم بود.از لیزرهای رنگی تنظیم پذیر می شد هم به عنوان امواج پیوسته و هم دیافراگم دار جهت تولید پالس های نور زرد استفاده کرد.
● لیزر رنگی PDL وتئوری فتوترمولیز انتخابی
با استفاده همزمان از لیزر PDL در اوایل دهه ی ۱۹۸۰ بود که Parrish, Anderson توانستند تئوری فتوترمولیز انتخابی را که جراحی پوستی لیزر را متحول کرد پیشرفت دهند.
Andersonو Parrish دریافتند که تخریب گرمایی بافت های سالم اطراف نتیجه ی تماس دراز مدت با انرژی لیزراست. با انتخاب طول موج های اختصاصی برای کروموفور هدف و انتقال این انرژی با سرعتی که از زمان استراحت کروموفور تجاوز نکند از آسیب گرمایی به ساختمان های مجاور جلوگیری می شود. اگر شدت انرژی جهت تخریب کروموفور در این زمان کوتاه کافی باشد، تخریب درمانی به حداکثر رسیده در حالی که آسیب گرمایی بافت های اطراف به حداقل می رسد.
PDL درآزمایشگاه Harvard&#۰۳۹;s Wellman توسط دکتر Anderson و دکتر Parrish دراوایل دهه ی ۱۹۸۰ تولید شد. تفاوت اصلی در این لیزر،انتقال نور زرد در پالس های بسیار کوتاه در حد میکروثانیه بود. توانایی PDL در تخریب هدف های عروقی بسیار اختصاصی بود در حالی که آسیب ساختمان های مجاور به حداقل رسیده بود که PDL را درمان مناسبی برای آسیب های عروقی در بچه ها و اطفال کرده بود. PDL در ابتدا برای تولید نور زرد باطول موج۵۷۷nm ایجاد شد، ولی بعد برای تخریب هدفهای عمقی تر با افزایش طول موج به ۵۸۵nm وافزایش مدت پالس از ۳۶۰ به ۴۵۰ میکروثانیه اصلاح شد.
در کنار PDL، لیزر بخار مس (۵۷۸nm) برای درمان انتخابی ضایعات عروقی استفاده می شود. این لیزر نیز گروهی از امواج سبز با طول موج۵۱۰nm را که توسط ملانین جذب می شود تابش می کرد و در درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد. این امر موجب شد تا ضایعات بیشتری توسط این وسیله درمان شود.
● مدت پالس های بسیارکوتاه: لیزرهای Q switched
در زمان کوتاهی پس از تولید لیزرهای درمانی، آزمایشهایی جهت کاهش مدت تماس با لیزر از میلی ثانیه به نانو ثانیه انجام شد. این تکنیک که Q switched (QS) نامیده می شد پالس را کوتاه و پیک انرژی را از طریق استفاده از دیافراگم الکتریکی نوری افزایش داد. این امر امکان ذخیره و متعاقباً آزاد سازی انرژی در حد گیگاوات را امکان پذیر می کرد.
اولین لیزر QS یک لیزر یاقوتی اصلاح شده بود که توسط دکتر Goldman در سال ۱۹۶۷ برای برداشتن خالکوبی ها استفاده شد. لیزریاقوتی QS یک پرتو نور قرمز رنگ با طول موج۶۹۴nm تابش می کرد که به خوبی توسط ملانین جذب می شد، لذا جهت درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد.اگرچه لیزر یاقوتی QS در درمان خالکوبی ایمن و کارآمد بود اما FDA این روش درمانی را تا ۲۲ سال بعد یعنی ۱۹۸۹ تأیید نکرد. در دهه ی ۱۹۸۰ پیشگامانی مثل Reid و همکارانش سبب ایجاد علاقه ی مجدد به روش QS شدند.
لیزر QS Nd:YAG مجوز FDA را به عنوان درمان خالکوبی در سال ۱۹۹۱ دریافت کرد.
علاوه بر طول موج۱۰۶۴nm که به وسیله ی عبور نور از کریستال نوری ایجاد شده بود امکان نصف کردن طول موج از ۱۰۶۴ به ۵۳۲nm و دو برابر کردن فرکانس جهت تولید پرتو نور سبز که برای درمان ضایعات پیگمانته ی سطحی استفاده می شد، وجود داشت. متعاقباً، لیزرQ Switch alexandrite برای درمان خالکوبی و ضایعات پیگمانته ی عمقی تر استفاده شد زیرا نور قرمز تولید شده نفوذ بیشتری به درون درم داشت. طول موج های بلندتر کلاً سبب آسیب کمتری درملانین اپیدرم می شدند ولذا ریسک تغییر پیگمانی ثانویه را کاهش می دادند.