Penetracja tkanki przez światło różnych laserów (głębokość po jakiej natężenie wiązki spada e-krotnie w typowej tkance miękkiej): Er:YAG.

Transkrypt

1 Lasery w medycynie zastosowanie zależy od absorpcji tkanek. Światło musi dotrzeć tam, gdzie ma działać (prawo Grotthusa-Drapera) konieczna transmisja przez tkankę po drodze i absorpcja światła u celu widma chromoforów Penetracja tkanki przez światło różnych laserów (głębokość po jakiej natężenie wiązki spada e-krotnie w typowej tkance miękkiej): Ar + 0,5-2 mm Nd:YAG 2-6 mm Er:YAG 0,4-0,6 mm CO 2 0,1-0,2 mm 1

2 Znaczenie różnych własności światła laserowego duże natężenie umożliwia dostarczenie dużej energii do ściśle określonego miejsca koagulację, ablację tkanek, monochromatyczność i przestrajalność umożliwia selektywne wzbudzanie określonych wybranych chromoforów inicjację określonej reakcji kolimacja wiązki laserowej umożliwia osiągnięcie dużej gęstości energii promieniownia i dobre zogniskowanie (użycie światłowodów) koherencja umożliwia silne ogniskowanie, zastosowanie holograficzne metod krótkie impulsy zmniejszanie ef. termicznych, możliwość badania szybkich reakcji biol./chem. Zastosowania chirurgiczne wykorzystują przeważnie termiczne działanie światła laserowego (lasery pracujące w bliskiej i średniej podczerwieni wzbudzają oscylacyjne i rotacyjne stany molekuł w tkankach). Główne zalety lasera w chirurgii: bezkontaktowe działanie sterylność, możliwość zabiegów na dnie oka (światło przechodzi przez przezroczystą soczewkę oczną, absorbowane przez siatkówkę), precyzja (możliwość ogniskowania do ok. 10µm), bezkrwawość (ważne przy operacjach rozległych obszarów np. mastektomii), możliwość stosowania bezinwazyjnych technik wziernikowych Ablacja = rozpad tkanek (dysocjacja cząsteczek) w wyniku bezpośredniego rozrywania wiązań i nadania fragmentom energii kinetycznej przez krótkie impulsy światła UV. Bardzo atrakcyjna dla precyzyjnej chirurgii dzięki nietermicznemu działaniu eliminacja blizn i efektów ubocznych termicznego działania tradycyjnych laserów chirurgicznych. 2

3 Różne skutki działania światła w zależności od długości impulsu laserowego przy zachowaniu tej samej dawki promieniowania świetlnego Popularne typy laserów medycznych ekscymerowe ( nm) głównie do korekcji wad widzenia przez chirurgiczne modyfikowanie soczewki ocznej (zmiana krzywizny przez ablację rogówki) Ar + (488 i 514,5 nm) głównie w okulistyce (operacje siatkówki) Nd:YAG (1,064 µm) chirurgia (najcześciej stosowany laser chirurgiczny) Ho:YAG (2,09 µm) chirurgia (ablacyjne operacje prostaty) Er:YAG (2,94 µm) ablacyjna chirurgia kosmetyczna (wygładzanie zmarszczek) CO 2 (10,6 µm) chirurgia (działanie głownie koagulacyjne chyba, że krótkie impulsy) barwnikowy (równe dł. fali, głównie w obszarze widzialnym) głównie w terapii fotodynamicznej (PDT), okulistyce i dermatologii Ti:szafir (bliska podczerwień) głównie w okulistyce, PDT diodowy (czerwień i bliska podczerwień) głównie w biostymulacji (low-level laser therapy LLLT) 3

4 Fotomedycyna terapia żółtaczki u noworodków (niedojrzałość wątroby powoduje akumulację bilirubiny w organizmie i może powodować uszkodzenia mózgu) ok obserwacja wpływu światła niebieskiego ( nm), od ok popularne profilaktyczne naświetlanie noworodków niebieskim światłem. Mechanizm absorpcja nieb. światła powoduje przegrupowanie (rozrywanie) wiązań wodorowych w cząsteczkach bilirubiny dzięki czemu stają się one wystarczająco polarne by być usunięte przez wątrobę. terapia łuszczycy (fotodermatologia) Łuszczyca = niekontrolowany podział komórek epidermy Od dawna znana terapia: UV + smoła Od 1974 stosowane uczulanie przez 8-methoxypsoralen i naświetlanie lampami emitującymi bliski UV Fotofarmakologia : ani sam UV, ani sam psoralen nie są aktywne. Po wprowadzeniu do komórki, dopiero uaktywnienie psoralenu za pomocą UV wyzwala reakcję fotochemiczną. 4

5 Terapia i diagnostyka fotodynamiczna (PDT) Niektóre barwniki wiążą się silniej z komórkami neoplazmatycznymi niż ze zdrowymi i akumulują w nich dłużej niż w zdrowych np. pochodne hematoporfiryny (HPD) Po oświetleniu światłem, dostrojonym do pasma absorpcji (ok. 405 nm dla HPD), widoczna fluorescencja miejsc, w których jest kumulacja barwnika uwidocznienie chorych miejsc b. czuła diagnostyka Po wzbudzeniu HPD światłem czerwonym inicjacja reakcji fotodynamicznej: przekaz energii do stanów trypletowych T1 HDP, które są bliskie energetycznie wzbudzonym stanom O 2 (aktywny tlen singletowy) lokalne utlenienie chorych miejsc terapia nowotworów z minimalnymi skutkami ubocznymi (zdrowa tkanka nie uszkadzana bo zawiera mało HPD) 5

6 Przykład diagnostyki fluorescencji HPD (podobne metody są też stosowane dla detekcji autofluorescencji) Przykłady terapii fotodynamicznej nowotwór szczura przed i po terapii PDT (HPD + naświetlanie laserem) tumor 2.5 x 2.5 x 2.5 cm 4 dni po drugim zabiegu z HPD i naświetlaniu (1 h, 15 mw/cm2, nm) Zależność przeżywalności komórek nowotworowych w hodowli od czasu i stężenia HDP (komórki bez HPD wykazywały 1% śmiertelności) 2 tyg. po drugim zabiegu 6 tyg. po zabiegu 6

7 Zastosowanie wzierników i światłowodów w terapii PDT 7

8 Biopsja laserowa 8

9 Biostymulacja laserowa (biomodulacja, LLLT low-level laser therapy) oświetlenie tkanki laserem małej mocy gojenie ran, uśmierzanie bólu, zrastanie się kosci, leczenie stanów zapalnych mechanizm -??? efekt istnieje naprawdę??? Efekt naświetlania laserem (780 nm, 50 mw) krwi (ludzkiej, wynaczynionej, traktowanej środkiem antykrzepliwym) - praca magisterska Agnieszki Płachty, IFUJ 2002 A. Lepkość krwi 3 różne dawki promieniowania, zależność od temperatury: pomiar kontrolny (bez naświetlania) 0,42 J/cm 2 0,63 J/cm 2 1,26 J/cm 2 lepkość [cp] - wzrost lepkości! - zmiana charakteru zależności od temp. T [ o C] 9

10 B.1. Parametry morfotyczne HCT 46% 44% 42% 40% 38% MCV-śr.objęt % 34% 32% RBC-poz. erytro. 5,2 MCHC-śr.stęż. HB 34,2% 34 % 5 33,8% 4,8 33,8% 4,6 33,6% 4,4 33,4% 4,2 33,2% 4 33 %

11 B.2. Zależności dynamiczne: - zmiana odsetka monocytów w czasie po naświetlaniu 14% 12% 10% 8% 6% 4% kontrola 1 min. po naśw. 30 min. 60 min. 90 min. 2% 0 próbka # 75 # 76 Wyniki pracy M. Schaffer et al. J. Photochem. Photobiol. B 54, 55 (2000) potwierdzają poprawę ukrwienia tkanki pod wpływem światła 780 nm za pomocą MRI MR image in transverse orientation prior to (a) and 5 min after injection of contrast medium (b). The signs: + and * correspond to the three SNR curves shown in Fig. 1, and describe the local accumulation of contrast medium (Gadolinium-DPTA) in the cutis and the subcutis. The arrow indicates the border between the areas exposed (+ ) and unexposed ( ) to laser light. The asterisk (*) is positioned at the major blood vessels. 11

12 Kosmetyka Przykład usuwania owłosienia 12