Laser dalam operasi plastik

Pada awal abad yang lalu, dalam sebuah publikasi berjudul "Teori Kuantum Radiasi," Einstein secara teoritis membuktikan proses yang harus dilakukan saat laser memancarkan energi. Maiman membangun laser pertama di tahun 1960. Sejak saat itu, pesatnya perkembangan teknologi laser, yang menyebabkan terciptanya berbagai laser, meliputi seluruh spektrum elektromagnetik. Kemudian mereka bergabung dengan teknologi lain, termasuk sistem visualisasi, robotika dan komputer, untuk meningkatkan akurasi transmisi radiasi laser. Sebagai hasil kerja sama di bidang fisika dan bioteknologi, laser medis sebagai agen terapeutik telah menjadi bagian penting dari gudang ahli bedah. Awalnya, mereka tidak praktis dan hanya digunakan oleh ahli bedah yang dilatih secara khusus dalam fisika laser. Selama 15 tahun terakhir, desain laser medis telah maju dalam arah kemudahan penggunaan, dan banyak ahli bedah telah mempelajari dasar-dasar fisika laser dalam pendidikan pascasarjana.

Artikel ini membahas: biofisika laser; interaksi jaringan dengan radiasi laser; perangkat yang saat ini digunakan dalam bedah plastik dan rekonstruktif; persyaratan keamanan umum untuk bekerja dengan laser; pertanyaan tentang penerapan lebih lanjut laser pada intervensi pada kulit.

Biofisika laser

Laser memancarkan energi cahaya, yang bergerak dalam bentuk gelombang yang mirip dengan cahaya biasa. Panjang gelombang adalah jarak antara dua gelombang yang paling tinggi. Amplitudo adalah besarnya maksimal, menentukan intensitas radiasi cahaya. Frekuensi, atau periode gelombang cahaya, adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus gelombang lengkap. Untuk memahami efek laser, penting untuk mempertimbangkan mekanika kuantum. Istilah "laser" (LASER) adalah singkatan dari frasa "amplifikasi ringan dengan Stimulated Emission of Radiation". Jika foton, satu unit energi cahaya, bertabrakan dengan sebuah atom, ia memindahkan salah satu elektron atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Atom dalam keadaan tereksitasi seperti itu menjadi tidak stabil dan sekali lagi melepaskan foton saat elektron melewati tingkat energi awal dan rendah. Proses ini dikenal sebagai emisi spontan. Jika sebuah atom berada dalam keadaan berenergi tinggi dan bertabrakan dengan foton lain, kemudian, saat beralih ke tingkat energi rendah, ia akan mengalokasikan dua foton yang memiliki panjang gelombang, arah dan fase yang sama. Proses ini, yang disebut stimulasi radiasi yang dirangsang, mendasari pemahaman fisika laser.

Terlepas dari jenisnya, semua laser memiliki empat komponen utama: mekanisme yang menarik atau sumber energi, media laser, rongga optik atau resonator, dan sistem ejeksi. Sebagian besar laser medis yang digunakan dalam operasi plastik wajah memiliki mekanisme eksitasi listrik. Beberapa laser (misalnya, laser pewarna yang digerakkan oleh lampu kilat) menggunakan cahaya sebagai mekanisme eksitasi. Yang lainnya bisa menggunakan gelombang radio berenergi tinggi atau reaksi kimia untuk memberikan energi eksitasi. Mekanisme exciter memompa energi ke dalam ruang resonansi yang mengandung media laser, yang mungkin merupakan bahan padat, cair, gas atau semi konduktif. Energi yang dilepaskan ke dalam rongga resonator memunculkan elektron atom media laser ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika setengah atom di resonator mencapai eksitasi tinggi, inversi populasi terjadi. Emisi spontan dimulai saat foton dipancarkan ke segala arah dan beberapa di antaranya bertabrakan dengan atom yang sudah bersemangat, yang menyebabkan terstimulasi emisi foton pasangan. Amplifikasi emisi terstimulasi terjadi saat foton bergerak sepanjang sumbu di antara cermin yang dipantulkan terutama bolak-balik. Hal ini menyebabkan rangsangan berturut-turut, karena foton ini bertabrakan dengan atom bersemangat lainnya. Satu cermin memiliki refleksi 100%, dan yang lainnya - secara parsial mentransmisikan energi terpancar dari ruang rongga. Energi ini dialihkan ke jaringan biologis oleh sistem ejeksi. Pada kebanyakan laser itu adalah serat optik. Sebuah pengecualian adalah laser C02, yang memiliki sistem cermin pada batang berengsel. Untuk laser C02 ada serat optik, namun membatasi ukuran spot dan energi keluaran.

Cahaya laser dibandingkan dengan cahaya biasa lebih teratur dan intensif secara kualitatif. Karena media laser homogen, foton yang dipancarkan di bawah emisi terstimulasi memiliki satu panjang gelombang, yang menciptakan monokromatisitas. Biasanya, cahaya berdifusi kuat saat bergerak menjauh dari sumbernya. Cahaya laser collimated: ia sedikit mereda, memberikan intensitas energi yang konstan pada jarak yang sangat jauh. Foton sinar laser tidak hanya bergerak dalam satu arah, mereka memiliki fase temporal dan spasial yang sama. Ini disebut koherensi. Sifat monokromatisitas, collimation dan koherensi membedakan sinar laser dari energi cahaya biasa yang tidak teratur.

Interaksi jaringan laser

Spektrum efek laser pada jaringan biologis memanjang dari modulasi fungsi biologis hingga penguapan. Sebagian besar interaksi laser-jaringan yang digunakan secara klinis melibatkan koagulasi panas atau penguapan. Di masa depan, laser dapat digunakan bukan sebagai sumber panas, namun sebagai probe untuk mengendalikan fungsi seluler tanpa efek samping dari efek sitotoksik.

Efek laser biasa pada jaringan bergantung pada tiga faktor: penyerapan jaringan, panjang gelombang laser, dan kepadatan energi laser. Bila sinar laser bertabrakan dengan tisu, energinya bisa diserap, tercermin, ditransmisikan atau disebarkan. Dengan adanya interaksi jaringan dan laser, keempat proses terjadi pada tingkat yang berbeda-beda, dimana penyerapannya paling penting. Tingkat penyerapan tergantung pada kandungan kromofor dalam jaringan. Kromofor adalah zat yang secara efektif menyerap gelombang dengan panjang tertentu. Misalnya, energi laser CO2 diserap oleh jaringan lunak tubuh. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa panjang gelombang yang sesuai dengan C02 diserap dengan baik oleh molekul air, yang membentuk hingga 80% jaringan lunak. Sebaliknya, laser C02 minimal diserap oleh tulang, yang disebabkan oleh kandungan air yang rendah di jaringan tulang. Awalnya, saat jaringan menyerap energi laser, molekulnya mulai bergetar. Penyerapan energi tambahan menyebabkan denaturasi, koagulasi dan akhirnya penguapan protein (penguapan).

Bila energi laser tercermin oleh jaringan, yang terakhir tidak rusak, karena arah radiasi pada permukaan berubah. Juga, jika energi laser melewati jaringan permukaan ke lapisan dalam, jaringan perantara tidak terpengaruh. Jika sinar laser menghilang ke jaringan, energinya tidak terserap di permukaan, namun terdistribusi secara acak di lapisan dalam.

Faktor ketiga mengenai interaksi jaringan dengan laser adalah densitas energi. Bila laser dan jaringan berinteraksi, bila semua faktor lainnya konstan, ubah ukuran spot atau waktu pemaparan dapat mempengaruhi keadaan tisu. Jika ukuran titik sinar laser berkurang, daya yang bekerja pada volume jaringan tertentu meningkat. Sebaliknya, jika ukuran spot meningkat, kerapatan energi sinar laser berkurang. Untuk mengubah ukuran titik, Anda dapat memfokuskan, memfokuskan atau memfokuskan kembali sistem ejeksi pada kain. Dengan memfokuskan dan memfokuskan kembali sinar, ukuran spot lebih besar daripada sinar terfokus, yang menghasilkan kerapatan daya rendah.

Cara lain untuk mengubah efek jaringan adalah pulsasi energi laser. Semua mode pulsa radiasi terputus-putus periode power on dan off. Karena energi tidak mencapai jaringan selama periode shutdown, mungkin saja untuk menghilangkan panas. Jika periode shut-off lebih lama dari waktu relaksasi termal dari jaringan target, kemungkinan kerusakan pada jaringan sekitarnya oleh konduktivitas termal berkurang. Waktu relaksasi termal adalah jumlah waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan setengah panas suatu benda. Rasio durasi celah aktif terhadap jumlah interval denyut aktif dan pasif disebut siklus tugas.

Siklus operasi = on / on + off

Ada berbagai mode pulsa. Energi dapat diproduksi dalam batch dengan menetapkan periode saat laser memancarkan (misalnya, OD c). Energi bisa tumpang tindih ketika gelombang konstan diblokir pada interval tertentu oleh shutter mekanis. Dalam mode pulsa super, energi tidak hanya diblokir, namun tersimpan di sumber energi laser selama periode shutdown, dan kemudian dikeluarkan selama periode berlangsung. Artinya, energi puncak pada mode super-pulse secara signifikan lebih tinggi daripada mode constant mode atau overlap.

Dalam pembangkit laser di rezim pulsa raksasa, energi juga dilestarikan selama masa shutdown, namun di lingkungan laser. Hal ini dicapai dengan menggunakan mekanisme damper di ruang rongga antara dua cermin. Tutup tertutup mencegah generasi di laser, namun memungkinkan energi disimpan di setiap sisi flap. Saat flap terbuka, cermin berinteraksi, menyebabkan terbentuknya sinar laser berenergi tinggi. Energi puncak pembangkit laser dalam rezim pulsa raksasa sangat tinggi dengan siklus operasi yang singkat. Laser dengan mode yang disinkronkan mirip dengan laser yang menghasilkan mode pulsa raksasa, di damper disediakan antara dua cermin di ruang rongga. Laser dengan mode sinkronis membuka dan menutup peredamnya dalam sinkronisasi dengan waktu yang dibutuhkan untuk memantulkan cahaya di antara dua cermin.

Karakteristik laser

• Laser karbon dioksida

Laser karbon dioksida paling sering digunakan dalam bedah otorhinolaringologi / kepala dan leher. Panjang gelombangnya adalah 10,6 nm - gelombang tak terlihat dari daerah inframerah jauh dari spektrum radiasi elektromagnetik. Bimbingan di sepanjang berkas laser helium-neon diperlukan agar dokter bedah dapat melihat wilayah pengaruhnya. Media laser adalah C02. Panjang gelombangnya diserap dengan baik oleh molekul air dalam jaringan. Efeknya dangkal karena penyerapannya yang tinggi dan dispersi minimal. Radiasi hanya bisa ditransmisikan melalui cermin dan lensa khusus yang ditempatkan pada batang berengsel. Batang engkol dapat dilekatkan pada mikroskop untuk pekerjaan presisi dengan pembesaran. Energi juga bisa dikeluarkan melalui pegangan fokus yang menempel pada engsel.

• Nd: YAG laser

Panjang gelombang laser Nd: YAG (yttrium-aluminium garnet with neodymium) adalah 1064 nm, artinya berada di daerah inframerah dekat. Ini tidak terlihat oleh mata manusia dan membutuhkan sinar laser helium-neon sugestif. Medium laser adalah itrium-aluminium garnet dengan neodymium. Sebagian besar jaringan tubuh tidak menyerap sumur gelombang ini dengan baik. Namun, jaringan berpigmen menyerapnya lebih baik daripada yang tidak berpigmen. Energi ditransmisikan melalui lapisan permukaan sebagian besar jaringan dan terdispersi dalam lapisan dalam.

Dibandingkan dengan laser karbon dioksida, hamburan Nd: YAG jauh lebih besar. Oleh karena itu, kedalaman penetrasi lebih besar dan Nd: YAG sangat sesuai untuk pembekuan bejana yang sangat dalam. Pada percobaan, kedalaman koagulasi maksimum sekitar 3 mm (suhu koagulasi +60 ° C). Hasil pengobatan yang baik untuk formasi kapiler perioral dan kavernosa yang mendalam dengan bantuan laser Nd: YAG telah dilaporkan. Ada juga laporan tentang fotokopi laser yang berhasil dengan hemangioma, limfangioma dan formasi bawaan arteriovenosa. Namun, kedalaman penetrasi dan kehancuran yang lebih dalam mempengaruhi predisposisi peningkatan jaringan parut pasca operasi. Secara klinis, ini diminimalkan dengan pengaturan daya yang aman, pendekatan titik untuk wabah dan penghindaran area kulit. Dalam prakteknya, penggunaan laser Nd: YAG merah tua praktis diganti oleh laser dengan panjang gelombang tergeletak di bagian kuning spektrum. Namun, ini digunakan sebagai laser pelengkap untuk formasi nodal warna merah tua (port color).

Telah ditunjukkan bahwa laser Nd: YAG menekan produksi kolagen, baik dalam kultur fibroblas dan pada kulit normal secara in vivo. Hal ini menunjukkan keberhasilan laser ini dalam pengobatan bekas luka hipertrofik dan keloid. Tapi secara klinis frekuensi kambuh setelah keloid tinggi, meski mendapat pengobatan lokal tambahan dengan steroid.

• Hubungi Nd: laser YAG

Penggunaan laser Nd: YAG dalam mode kontak secara signifikan mengubah sifat fisik dan absorptivitas radiasi. Ujung kontak terdiri dari kristal safir atau kuarsa, yang langsung menempel pada ujung serat laser. Ujung kontak berinteraksi langsung dengan kulit dan bertindak sebagai pisau bedah termal, memotong dan menggumpal secara bersamaan. Ada laporan tentang penggunaan ujung kontak dengan berbagai intervensi pada jaringan lunak. Aplikasi ini lebih dekat dengan elektrokoagulasi daripada non-kontak Nd: YAG. Pada dasarnya, ahli bedah sekarang menggunakan panjang gelombang laser khusus untuk memotong jaringan, tapi untuk memanaskan ujungnya. Oleh karena itu, prinsip interaksi laser dengan jaringan tidak berlaku disini. Waktu respon ke laser kontak tidak berfungsi secara langsung seperti saat menggunakan serat bebas, dan karena itu ada periode lag untuk pemanasan dan pendinginan. Namun dengan pengalaman laser ini menjadi nyaman untuk alokasi cangkok kulit dan otot.

• Laser Argon

Laser argon memancarkan gelombang yang terlihat dengan panjang 488-514 nm. Karena desain ruang rongga dan struktur molekul medium laser, jenis laser ini menghasilkan panjang gelombang panjang. Model individu mungkin memiliki filter yang membatasi radiasi pada satu panjang gelombang. Energi laser argon terserap dengan baik oleh hemoglobin, dan dispersinya adalah antara antara laser karbon dioksida dan Nd: YAG. Sistem radiasi laser argon adalah pembawa serat optik. Karena penyerapan oleh hemoglobin yang besar, neoplasma vaskular pada kulit juga menyerap energi laser.

• Laser KTP

Laser KTP (potassium titanyl phosphate) adalah laser Nd: YAG yang frekuensinya dua kali lipat (panjang gelombang dibelah dua) dengan melewatkan energi laser melalui kristal KT. Ini memberi lampu hijau (panjang gelombang 532 nm), yang sesuai dengan puncak penyerapan hemoglobin. Penetrasi ke jaringan dan hamburannya mirip dengan laser argon. Energi laser ditransfer melalui serat. Dalam mode non-kontak, laser menguap dan membeku. Dalam mode semi kontak, ujung serat hampir tidak menyentuh kain dan menjadi alat pemotong. Semakin banyak energi yang digunakan, semakin laser bertindak sebagai pisau termal, mirip dengan laser asam karbon. Instalasi dengan energi rendah digunakan terutama untuk koagulasi.

• Laser pewarna terangsang oleh lampu kilat

Laser pewarna yang terpancar oleh lampu kilat adalah laser medis pertama yang dikembangkan khusus untuk mengobati neoplasma vaskular jinak pada kulit. Ini adalah laser cahaya yang terlihat dengan panjang gelombang 585 nm. Panjang gelombang ini bertepatan dengan puncak penyerapan ketiga oleh oxyhemoglobin, dan oleh karena itu energi laser ini sebagian besar diserap oleh hemoglobin. Pada kisaran 577-585 nm, ada juga penyerapan yang kurang oleh kromofor yang bersaing, seperti melanin, dan sedikit hamburan energi laser pada dermis dan epidermis. Media laser adalah pewarna rhodamine, yang sangat disukai oleh lampu flash, dan sistem radiasi adalah pembawa serat optik. Ujung laser pewarna memiliki sistem lensa yang dapat diganti, yang memungkinkan untuk membuat ukuran spot 3, 5, 7 atau 10 mm. Laser berdenyut dengan periode 450 ms. Indeks denyut ini dipilih berdasarkan waktu relaksasi termal pembuluh darah ektatik yang ditemukan pada neoplasma vaskular jinak pada kulit.

• Laser uap tembaga

Sebuah laser uap tembaga menghasilkan radiasi yang tampak memiliki dua panjang gelombang terpisah: gelombang hijau berdenyut 512 nm dan gelombang kuning berdenyut sepanjang 578 nm. Media laser adalah tembaga, yang sangat heboh (diuapkan) secara elektrik. Sistem serat serat memindahkan energi ke ujungnya, yang memiliki ukuran titik bervariasi 150-1000 μm. Waktu pemajanan berkisar antara 0,075 s sampai konstanta. Waktu antara pulsa juga bervariasi dari 0,1 s sampai 0,8 s. Sinar laser uap tembaga kuning digunakan untuk mengobati lesi vaskular jinak di wajah. Gelombang hijau dapat digunakan untuk mengobati formasi berpigmen seperti bintik-bintik, lentigo, nevi dan keratosis.

• Laser pewarna kuning tak teredam

Laser pewarna kuning dengan gelombang yang tidak terapung adalah laser cahaya yang terlihat yang menghasilkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 577 nm. Seperti laser pada pewarna, tereksitasi oleh lampu flash, disetel dengan mengubah pewarna di ruang aktivasi laser. Pewarna itu sangat diminati oleh laser argon. Sistem ejeksi untuk laser ini juga kabel fiber optic, yang bisa difokuskan pada ukuran spot yang berbeda. Cahaya laser dapat berdenyut dengan menggunakan rana mekanis atau ujung Hexascanner yang menempel pada ujung sistem serat optik. Hexascanner secara acak mengarahkan pulsa energi laser ke dalam kontur heksagonal. Seperti laser pewarna yang terpesona oleh lampu kilat, dan laser uap tembaga, laser pewarna kuning dengan gelombang yang tidak terapung sangat ideal untuk mengobati lesi vaskular jinak di wajah.

• Erbium laser

Erbium: Laser UAS menggunakan pita spektrum serapan dengan air 3000 nm. Panjang gelombang 2940 nm sesuai dengan puncak ini dan sangat diserap oleh air jaringan (sekitar 12 kali lebih besar dari pada laser karbon dioksida). Laser ini, yang memancarkan spektrum inframerah-dekat, tidak terlihat oleh mata dan harus digunakan dengan balok pemandu yang terlihat. Laser dipompa oleh lampu kilat dan memancarkan pulsa makro dengan durasi 200-300 μs, yang terdiri dari serangkaian micropulse. Laser ini digunakan dengan ujung yang menempel pada engsel. Perangkat pemindai juga dapat diintegrasikan ke dalam sistem untuk menghilangkan jaringan yang lebih cepat dan lebih seragam.

• Laser Ruby

Laser Ruby - laser dipompa oleh lampu berdenyut yang memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 694 nm. Laser ini, yang terletak di wilayah merah spektrum, terlihat dengan mata. Ia dapat memiliki rana laser untuk menghasilkan pulsa pendek dan mencapai penetrasi yang lebih dalam ke dalam jaringan (lebih dalam dari 1 mm). Sebuah laser ruby panjang-pulsa digunakan untuk secara istimewa memanaskan folikel rambut selama laser hair removal. Radiasi laser ini ditransmisikan dengan menggunakan cermin dan sistem batang berengsel. Ini kurang diserap oleh air, tapi sangat diserap oleh melanin. Pigmen berbeda yang digunakan untuk tato juga menyerap sinar dengan panjang gelombang 694 nm.

• Laser Alexandrite

Laser Alexandrite, laser solid-state yang bisa digelembungkan oleh lampu kilat, memiliki panjang gelombang 755 nm. Panjang gelombang ini, yang terletak di bagian merah spektrum, tidak terlihat oleh mata dan oleh karena itu membutuhkan sinar pemandu. Ini diserap oleh pigmen biru dan hitam untuk tato, serta melanin, tapi tidak hemoglobin. Ini adalah laser yang relatif kompak yang bisa mentransmisikan radiasi melalui serat yang fleksibel. Laser menembus relatif dalam, yang membuatnya nyaman untuk menghilangkan rambut dan tato. Ukuran spot adalah 7 dan 12 mm.

• Laser dioda

Baru-baru ini, dioda pada bahan superkonduktor secara langsung digabungkan dengan perangkat serat optik, yang menyebabkan emisi radiasi laser dengan panjang gelombang yang berbeda (tergantung pada karakteristik bahan yang digunakan). Dioda laser dibedakan dengan kinerja mereka. Mereka bisa mentransfer energi listrik masuk ke cahaya dengan efisiensi 50%. Efisiensi ini, terkait dengan lebih sedikit pembangkit panas dan daya masukan, memungkinkan laser dioda kompak memiliki desain tanpa sistem pendingin yang besar. Cahaya ditransmisikan serat optik.

• Lampu Impulsi yang Difilter

Lampu pulsa yang disaring yang digunakan untuk hair removal bukan laser. Sebaliknya, ini adalah spektrum impuls yang intens dan tidak koheren. Untuk emisi cahaya dengan panjang gelombang 590-1200 nm, sistem ini menggunakan filter kristal. Densitas lebar dan integral pulsa, juga bervariasi, memenuhi kriteria fototermolisis selektif, yang menempatkan perangkat ini setara dengan laser pemutus rambut.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]