لیزر و کاربرد آن در پزشکی

                                                        لیزر و کاربرد آن در پزشکی

          دکتر حسین جعفری عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی گروه فارماکولوژی

دانشکده داروسازی و واحد علوم دارویی تهران ، مدرس فارماکولوژی بیمارستان بوعلی تهران

تقدیم به خدایی که آفرید جهان را ، عقل را ، علم را ،معرفت را ،عشق را ...

در سال 1917 آلبرت انیشتین بنیان اختراع لیزر و سلف را پایه ریزی کرد . و تئوری ساخت تقویت فتوالکتریک که می تواند یک فرکانس واحد یا انتشار تحریک شده را ایجاد کند.

اصطالح لیزر مخفف تقویت نور توسط تابش تحریک شده اشعه است و این بار در سال 1959 در

مقاله ای توسط دانشجویان دانشگاه کلمبیا گوردون گولد ارائه شد.

تئودور میمن در آزمایشگاه های تحقیقاتی هیوز در مالیبو، کالیفرنیا، اولین لیزر عملکردی را با استفاده از هلیوم و نئون ساخت. در سال 1961 ، لیزر تولید شده از بلور های اتریم ،آلومینیوم و گارنت تحت درمان با 3 تا 1 درصد نئودیمیوم  ایجاد شد  . در سال 1962 ،لیزر آرگون ایجاد شد ، در حالی که لیزر یاقوت به اولین لیزر پزشکی برای انعقاد ضایعات شبکیه استفاده شد.

این روزها ، بسیار از تاثیرات شگفت آور لیزر میشنویم. لیزر بدون تردید یکی از اختراعات بسیار شگفت انگیز بشر بوده است . در بسیاری صنایع و یا بسیاری از حیطه های پزشکی این صنعت وارد شده است.

در مجموع لیزر ( laser )یک مخفف است برای عبارت :

Light Amplication by Stimulated Emission of  Radiation

از مفهوم این عبارت برمی آید که لیزر درواقع یک نور تقویت شده است. نوری با خصوصیات منحصر به فرد که با توجه به طول موج خود، کارایی های متنوعی از یک کنترل درد تا جراحی و ... دارد.  یا

               تقویت نور توسط گسیل القائی تابش

مقدمه فیزیک لیزر

 لیزر نوعی نور برانگیخته شــده و پرانرژی است که در شرایط عادی در طبیعت دیده نمی شود، ولی با فناوری و وسایل خاص میتوان آن را ایجاد کرد لیزر با نور معمولی تفاوت هایی دارد که این ویژگی ها باعث توانایی ها و کاربردهای خاص آن می شود. نور لیزر درخشان تر و با شدت بیشتر از نور در طبیعت است. نور لیزر می تواند سخت ترین فلزات را بشکافد و به راحتی از جسم سختی مثل الماس عبور کند و در آن ایجاد حفره نماید. باریکه های کم قدرت و فوق العاده ظریف ا نواع دیگر لیزر را میتوان برای انجام کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را میتوان با دقت بالایی تحت کنترل در آورد و به صورت باریکه ی مداومی به نام لیزر پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام لیزر پالسی استفاده نمود. بر خلاف نور معمولی نور لیزر دارای انرژی کامال هماهنگی است که به این واسطه قدرت زیادی برای انجام کارهای مختلف در آن ایجاد میشود.

نخستین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون  در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر را، برای آن برگزیدند.   که واژه عبارت است:
Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation

هنگامی که یک الکترون انرژی را از نور (فوتون) یابصورت گرما  جذب می کند، آن را بصورت انرژی کوانتومی را دریافت می کند. و این الکترون از یک سطح پایین تر به یک سطح انرژی بالاتر رفته،  که دراین حالت همیشه باقی نمی ماند و الکترون در حالت برانگیخته میل دارد به یک وضعیت انرژی پایین تر که توسط الکترون دیگری اشغال نشده برگردد، که این برگشت با ازاد شدن انرژی بصورت فوتون همراه است.

اولین لیزر جهان در ســال 1960 توســط تئودور مایمن که در آن از یاقوت استفاده شده بود اختراع گردید. در همان سال پروفسور علی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها (لیزرهای مایع و نیمه رسانا) اختراع شدند. تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی د ر خاصیت های مهمی است که در این پرتو وجود دارد. این خصوصیات عبارتانداز: همدوسی، تکفامی، مستقیم بودن و شدت زیاد. خواص مذکور در نور معمولی دیده نمیشود و از این ویژگیها برای کارهای مختلف استفاده میشود.

به طور کلی سیستمهای لیزر دارای سه قسمت اصلی هستند:

چشمه انرژی خارجی یا دمنده ،     محیط تقویت کننده ،   کاواک اپتیکی یا تشدیدگر

  پمپ انرژی یا چشمه انرژی: ممکن است این پمپ، اپتیکی یا شیمیایی و یا حتی یک لیزر دیگر باشد. مادۀ پایه و فعال: نامگذاری لیزر به واسطه مادۀ فعال صورت میگیرد.

تشدید کنندۀ نوری: شامل دو آینه بازتابندۀ کلی و جزئی میباشد.

 لیزرها را براســاس مادۀ پایه و تولید کنندۀ آن به چند گروه بخش بندی می کنند: لیزرهای جامد، لیزرهای گازی، لیزرهای مایع یا رزینه، لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای نیمه رسانا. همچنین لیزرها را بر پایه خروجی آنها به دو دسته لیزرهای پالسی و لیزرهای پیوسته تقسیم بندی می کنند و به طور غالب لیزرهای توان بالا را از نوع پالسی می سازند . براســاس تئوری اتمی بوهر اگر اتمی در اثر دریافت انرژی برانگیخته شود، الکترون های برانگیخته بعد از مدت زمان خاصی با از دست دادن انرژی به صورت امواج الکترومغناطیس به مدار با سطح انرژی پایینتر برمیگردد. این فرآیند گسیل خودبه خودی است، به شکل آنی صورت میگیرد و تابع قانون خاصی هم نیست. اگر اتم در تراز تحریکی قرار گرفته باشد، موجی الکترومغناطیس با فرکانس متناســب با ترازها نیز بر اتم فــرود میآید. این موج دارای همان فرکانس اســت که اتــم را از حالت تحریــک به حالت پایه وامــیدارد. این اختلاف انرژی به صورت موج الکترومغناطیس به موج فرودی افزوده می شود .گســیل هر اتم به صورت همفاز به مــوج فرودی افزوده میشــود.

فرآیند تولید لیزر:

الکترون های ماده فعال با دریافت انرژی به لایه های الکترونی بالاتر منتقل میشود این حالت برای اتم ها ناپایدار است و الکترون ها تمایل به بازگشت به لایه اصلی خود دارند لذا در برگشت انرژی خود را با انتشار فوتون های نور ازاد میکنند ( نشر خود به خودی), فوتون های ازاد شده پس از برخود با ایینه ها منعکس وباعث تحریک اتم های دیگر ماده فعال و نشر فوتون از انها میشوند ادامه این روند موجب تابش فوتون های بیشتر و بیشتر از ماده فعال و تقویت نور میگردد یعنی لیزر تولید میشود.

ویژگی های نور لیزر:

monochromatic : تک رنگ یا تک طول موج است .    ـ coherent : هم فاز یا همدوس است.

ـCollimated : واگرایی ان بسیار کم است به طوری که در فواصل طولانی هم در یک جهت حرکت میکند.

  طول موج لیزر به ماده تولید کننده آن (ماده برانگیخته شده) بستگی دارد.

  نام گذاری اغلب لیزرها بر حسب ماده استفاده شده در تولید لیزر صورت میگیرد.

انواع لیزر:

ـ لیزر های گازی(Gas Laser):

لیزری که در آن جریان الکتریکی برای تولید نور در یک گاز تخلیه می شود.

مانند: لیزر هلیوم نئون(He_Ne)، لیزر دی اکسید کربن

(Carbon Dioxid, Co2 ) و لیزر اگزایمر (Excimer )

لیزر CO2 از مهمترین لیزر ها در نوع خود است و از نظر کاربرد فنی آن را در زمره مهمترین لیزر ها دسته بندی می کنند.

تصویر لیزر دی اکسید کربن

ـ لیزر های مایعDye Laser)):

با استفاده از دمش مناسب نوری، رنگ های آلی و اپتیک، لیزر های مایع که به آنها لیزر های  رزینه ای و یا رنگینی نیز گفته می شود قادرند ناحیه طیفی پسوسته ای را از UV تا نزدیک مادون قرمز را در برگیرند، این لیزر ها محیط فعال( که به صورت مایع تهیه می شود) به صورت نوری دمیده می شود تا ملکول های برانگیخته را حاصل کنند. رودامین و سدیم فلوئورسنت دو نمونه از این رنگ ها هستند. مواد رنگی را در حلالی آلی مثل متیل_الکل حل می کنند بنابراین محیط فعال به صورت مایع است .                                                                              

ـ لیزر های حالت جامدSolid starte Laser)):

این لیزر ها از وارد کردن درصد کمی ناخالصی با محیط های میزبان عمل میکند. نخستین لیزر حالت جامد از نوع یاقوت بود. به طور کلی سری فلزات واسط، سری نادر خاکی یا لانتاناید و نیز سری اکتاناید به صورت ناخالصی در محیط های مختلف میزبان، لیزر های حالت جامد را تشکیل می دهند. از مهمترین لیزر های حالت جامد می توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزر های نئودمیوم((Nd:Yag, Nd:Glassنام برد.

 لیزر های حالت جامد

ـ لیزرهای نیمه رسانا Semiconductor Laser)):

در صورتی که قید الکترون را اتم کمتر کنیم، یعنی دامنه حرکت الکترون ها را وسیع تر در نظر بگیریم، با گروه دیگری از محیط های فعال لیزر که از لیزرهای نیمه رسانا تشکیل می شوند مواجه خواهیم شد. تراز های انرژی به صورت نوار های کاملا پهنی از انرژی ظاهر می شوند که ناشی از قرار گرفتن الکترون های لایه آخر اتم ها در شبکیه ساختار بلوری است. بالاترین نوار پر شده از الکترون را نوار ظرفیت و نوار بالاتر را که تهی از الکترون است نوار رسانایی و فاصله ی نوار رسانایی و نوار ظرفیت را گاف انرژی ( Energy Gap) می نامند.

مواد مرسومی که برای لیزرهای نیمه هادی استفاده می شوند عبارتند از گالیم آرسناید(GaAs), آلومینیوم گالیوم آرسناید(AlGaAs) , گالیوم فسفید (GaP)ایندیوم گالیوم فسفاید ( (InGap , گالیوم نایتراید ((GaNو...

علت  کاربرد لیزر در پزشکی:

تک رنگ بودن نور لیزر ،

رفتار متفاوت بافت های مختلف بدن  و رنگدانه های مختلف در  برابر طول موج های مختلف  .

استفاده ی طول موج های متفاوت در بیماران متفاوت .

 چشم پزشکی : اگزایمر باعث برش دقیق از جهت وسعت و شکل و عمق در حد میکرون از قرنیه چشم. درمان عوارض ته چشمی بیماری قند( رتینوپاتی دیابتیک) ،لیزیک جراحی کاتاراکت ..

.

زنان و مامایی: جراحی محتاطانه آبستنی خارج رحمی،معالجه سرطان بافت پوششی دهانه و گردن رحم،چسبندگی های موجود در اندام خاصره و اندومتر،معالجه خونریزی های رحم و...

ـ پوست: از طریق جذب لیزر یون آرگون توسط رنگدانه های هموگلوبین و ملانین پوست باعث درمان بیماریهای پوستی، برداشتن خالها و لکه های رنگی و زائد پوستی و آثار خالکوبی.

دندانپزشکی : از بین بردن قسمتهای پوسیده و
 فاسد دندانها ،جوش دادن فیسورهای کوچک در مینای دندان، جراحی لثه و جرم گیری .....

گوش و حلق وبینی : جراحی های گوش مانند ،چسبندگی گوش میانی ،تراواشدن استخوانها ،جراحی بینی و حنجره و ......

ـ ارولوژی : متلاشی شدن سنگ کلیه و جراحی های مختلف بخصوص پروستات .

قلب و عروق: رفع انسداد شریان و برطرف کردن پلاکها( مانند آنژیوپلاستی کرونر) وسایر.....

ـ آنکولوژی : درمانهای فوتوداینامیک تومورهای جامد کوچک با تابش لیزر

ـ فیزیوتراپی:به منظور تسکین درد و التیام بافت از لیزر هلیو-نئون و Diod Laserاستفاده می شود.

لیزر اگزایمر:لیزر اگزایمر یا لیزر چشمی و یا لیزر اکسیپلکس، لیزری بسیار دقیق است که با امواج نوری وپرانرژی و غیر قابل رویت، سطح قرنیه را تراش می دهد، به این صورت که پالس های نوری با طول ده نانو

تا چند ده نانو ثانیه در طول موج ماوراء بنفش تولید میکند    

لیزرهای اگزایمر مورد استفاده در پزشکی دارای طول موج های 193 ،248 ،308 نانومترهستند که در جراحی چشم و عروق کاربرد دارند.

با استفاده از این روش، میتوان سطح قرنیه را کم شیب تر کرد، همچنین میتوان تصور کرد که این لیزر، سطح قرنیه را به گونه ای تراش میدهد که گویی لنز تماسی دائمی روی قرنیه گذاشته باشیم. دقت لیزر اگزایمر به حدی است که با هر پالس ،طی 9-10 ثانیه ،0.25میکرون از بافت را تراش میدهد که معادل 0.005 ضخامت موی انسان است.

عمل های جراحی رایج با استفاده از دستگاه لیزر اگزایمر:

_ پی آرکی(PRK):

 در این روش لایه نازکی از روی سطح قرنیه (اپیتلیوم)،برداشته شده،سپس عمل لایه برداری به وسیله لیزر ABLATIONصورت می پذیرد که پس از مدتی اپیتلیوم بهبود می یابد .

_ لیزیک(LASIC):

در این روش ،قسمتی از قرنیه ،در حدود 160 میکرومتر که شامل اپیتلیوم ،بویمن و بخشی از استروما است،به وسیله ی دستگاه لیزر FEMTO SECONDبرداشته میشود وسپس ABLATIONانجام میگیرد.بعد از آن دوباره لایه برداشته شده ،در جای خود گذاشته میشود.

ـ لازک (LASEK):

 در این روش مانند لیزیک است ،با این تفاوت که فقط اپیتلیوم برداشته میشود ،طوری که تخریب نشود و پس از عمل جراحی سر جای خود گذارده میشود.

نتیجه نهایی : بیماری هایی قابل درمان با لیزر

...................................................................................................................................................................................

سپاسگزاری:

از دانشجویان مهندسی پزشکی بالینی دانشگاه آزاد اسلامی واحد پزشک تهران

خانم ها: مهسا باقری ، زهرا نوری  و آقایان :شایان ملکی،عرفان نوایی و احمد رضا قربانی

که در تنظیم ، جمع آوری مطالب وتصاویر نهایت همکاری را داشته اند صمیمانه تشکر مینمایم.

................................................................................................................................................

گاهی لحظه های سکو ت  پر هیاهوترین دقایق زندگی هستند

مملو از آنچه میخواهیم بگوییم   ولی نمیتوانیم ...........................

خدایا من سکوت میکنم    مسپارم دست خودت

قضاوت با تو و حکم هم باتو