Z tego artykułu dowiesz się:

• Kim byli prekursorzy laseroterapii i jakie ważne etapy przechodziła ta wszechstronna dziedzina w drodze rozwoju?

• Czy był MASER?

• Kiedy i w jaki sposób zaczęta stosować lasery w medycynie?

• Jak zmieniały się i ewaluowały technologie laserowe i ich obszary zastosowań?

Historia laseroterapii (cz. 1) | Współczesna kosmetologia i medycyna estetyczna nierozerwalnie wiążą się z zaawansowaną aparaturą, wśród której to właśnie lasery zajmują czołowe miejsce. Kim byli prekursorzy laseroterapii? Jak przebiegał rozwój tej wszechstronnej technologii? Z jakimi problemami borykali się naukowcy, zanim udało im się osiągnąć sukces? Izabela Załęska i Magdalena Atta-Motte piszą dla Was o fascynującej historii laseroterapii.

Historia laserów zaczęła się w 1916 roku, kiedy Albert Einstein omówił możliwość stymulacji energii promieniowania. Opierając się na teoriach Nielsa Bohra, twierdził, że atomy emitują kwanty energii, gdy przechodzą ze stanu wzbudzonego z powrotem do stanu spoczynkowego. Zostało to po raz pierwszy eksperymentalnie udowodnione i opublikowane przez niemieckich fizyków: Rudolfa Ladenburga i Hansa Kopfermanna w 1928 roku. Podstawowe idee dotyczące skonstruowania lasera były więc znane już dość wcześnie. Dopiero jednak na początku lat pięćdziesiątych dwudziestego wieku fizycy wspólnie z inżynierami rozpoczęli badania nad monochromatycznym promieniowaniem o stałej amplitudzie przy bardzo małych długościach fal, będących częścią widma elektromagnetycznego. Kilku fizyków niezależnie sugerowało „wzmocnienie mikrofalowe poprzez stymulację emisji promieniowania”, tworząc akronim MASER2. W 1954 roku Nikola G. Basov i Alexander M. Prochorow z Instytutu Lebiediewa w Moskwie oraz J.P. Gordon, H.J. Zeiger i Charles H. Townes z Columbia University w Nowym Jorku opisali dwa urządzenia molekularne do generowania promieniowania mikrofalowego, obydwa z wykorzystaniem cząsteczki amoniaku jako medium aktywnego.

Od MASER-a do LASER-a

W 1964 roku Charles H. Townes, Nikolay G. Basov i Alexander M. Prochorow otrzymali Nagrodę Nobla w fizyce za ich „podstawowe dzieło w dziedzinie elektroniki kwantowej, która doprowadziła do konstrukcji oscylatorów i wzmacniaczy na zasadzie maser-laser”. Sam MASER z wykorzystaniem amoniaku jako medium nie był szczególnie użyteczny, ponieważ jego możliwości ograniczały się do częstotliwości oscylacji cząsteczki amoniaku – mógł być używany tylko przy ledwo wykrywalnym poziomie mocy. W 1958 roku G. Makov, C. Kikuchi, J. Lambe i R.W. z University of Michigan zbudowali MASER z medium w stanie stałym. Użyty został krystaliczny korund (rubin) w strategii znanej dotychczasowo jako pompa optyczna, zaproponowana przez Nicolasa Bloembergena na Uniwersytecie Harvarda w 1956 roku. Z kolei Theodore H. Maiman w badaniach firmy Laboratoria Hughes Corporation przejął rubinowy MASER, a w 1960 roku zaprezentował pierwszy funkcjonalny układ optyczny, znany jako rubinowy MASER stymulowany ksenonową lampą błyskową. Służył on wytworzeniu jasnego impulsu o długości 693,7 nm w kolorze głębokiego czerwonego światła o czasie trwania około 1 ms i mocy wyjściowej około miliarda watów na impuls. Jego wynalazek szybko przyczynił się do rozwoju wielu innych MASER-ów optycznych, obecnie nazywanych LASERAMI (wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania). W 1961 roku Fred J. McClung i Robert W. Hellwarth wprowadzili przełączanie jakości (Q-switch) jako technikę skracania długości impulsu do nanosekund za pomocą elektrooptycznej migawki. Pozwoliła ona na przechowywanie i późniejsze uwolnienie mocy szczytowej do gigawatów energii.

Medyczne wykorzystanie laserów

W dermatologii leczenie chorób skóry światłem ma długą tradycję – np. Lupus vulgaris z użyciem lampy Finsen w 1899 roku, zastosowanie sztucznego źródła światła w przypadku gojenia ran i leczenia krzywicy w 1901 roku czy leczenie łuszczycy światłem w 1925 roku. Dlatego nie jest zaskoczeniem, że Amerykańskie Towarzystwo Medycyny Laserowej i Chirurgii honoruje dermatologa Leona Goldmana jako „ojca laserów w medycynie”. Leon Goldman, dermatolog, który kształcił się w Zurychu, Londynie i Cincinnati, pełniący funkcję przewodniczącego Katedry Dermatologii na Uniwersytecie Cincinnati, kiedy dowiedział się o wynalezieniu lasera rubinowego przez Theodore’a Maimana, był przekonany o wielkim potencjale zastosowania laserów w medycynie. Nie trzeba było długo czekać, bo już w 1961 roku założył pierwsze laboratorium laserowe na Uniwersytecie Cincinnati. W 1963 roku Goldman i jego współpracownicy opublikowali pierwsze badanie dotyczące skutków działania laserów na skórze, opisujące selektywne zniszczenie pigmentowanych struktur skóry, w tym włosów i mieszków włosowych, przy użyciu wiązki lasera rubinowego. Zauważyli też wysoce selektywne uszkodzenie struktur pigmentowanych (czarne włosy) bez widocznej zmiany w bieli (skóra). Goldman opublikował informację o możliwym leczeniu znamion, czerniaków i tatuaży przy użyciu pulsu lasera rubinowego: „Najbardziej uderzające były wyniki uzyskane zwłaszcza po usunięciu tatuaży laserem Q-switched”. Spodziewał się, że użycie go przyniesie znaczne korzyści w leczeniu raka skóry: „Ze względu na otrzymane rezultaty chirurgia laserowa może być szeroko stosowana w dziedzinie leczenia raka skóry. Tutaj nasze laboratorium wykonało operacje laserowe nawet w delikatnych obszarach, takich jak czerniak na skórze głowy. Jest zbyt wcześnie, aby powiedzieć, jak trwałe będą efekty”. Goldman przeprowadzał także badania kliniczne i histopatologiczne zniekształceń naczyniowych za pomocą lasera argonowego. W 1973 roku opublikował obiecujące wyniki dotyczące wpływu ciągłej fali lasera ND:Yag na naczyniaki. Jego książka „Biomedyczne aspekty lasera’’, opublikowana w 1967 roku, to wyczerpujący przegląd możliwości, problemów i pomysłów na użycie lasera w medycynie, gdzie jednocześnie podkreśla potrzebę ochrony przed promieniowaniem laserowym. Dodatkowo omówione zostały pomysły użytkowania lasera jako narzędzia diagnostycznego (światło przechodzące) do wykrywania ciał obcych, twardych guzów lub wad kości, a także przedstawione zostały dane dotyczące użycia lasera w stomatologii. W 1964 roku został przedstawiony optyczny skalpel – Photoexcision z zastosowaniem laserów pracujących na fali ciągłej; najpierw laser CO2, następnie Nd:YAG, a później laser argonowy.

Obszary zastosowań

Dla lasera CO2 kolor obszaru docelowego nie miał większego znaczenia, a dzięki nieostrości wiązki i większemu rozmiarowi plamki możliwa była hemostaza. Było to pomocne jako narzędzie do operacji na naczyniach krwionośnych (wątroba, błona śluzowa jamy ustnej, ginekologia). Rozwój techniki doprowadził do zastosowania światłowodów w laseroterapii, co umożliwiło przesyłanie dalekosiężnych wiązek laserowych, zwiększając elastyczność laserów CO2 do chirurgii endoskopowej. Laser argonowy wykazał lepsze wchłanianie przez hemoglobinę i był używany do leczenia naczyniaków i teleangiektazji twarzy oraz wczesnej rhinophyma. Pierwsze lasery o fali ciągłej emitowały nieprzerwany strumień światła, skuteczny w zniszczeniu pożądanego celu, który także pozwalał na odsłonięcie otaczającej, zdrowej tkanki. Skutkiem pracy był wzrost temperatury, co doprowadzało do bliznowacenia przerostowego i zmian pigmentacyjnych. Pierwsze próby zminimalizowania tego efektu wprowadziły stosowanie mechanicznej migawki, która przerywała ciągłą wiązkę światła. W leczeniu zmian naczyniowych opracowano zastosowanie przestrajalnego żółtego światła laserowego ze szczytem absorpcji bliżej oksyhemoglobiny niż wczesne lasery argonowe, co zmniejszyło ryzyko skutków ubocznych. W 1996 roku laser ER:YAG o długości fali 2940 nm pozwolił na bardziej powierzchowne odparowanie tkanki i używany był razem z laserem CO2 do zabiegów typu resurfasing.

Co dalej?

W kolejnej części artykułu „Historia laseroterapii” skupimy się na zagadnieniu selektywnej fototermolizy, która zrewolucjonizowała podejście do zabiegów laseroterapii. Wyjaśnimy także różnice między urządzeniami IPL a laserami, przybliżymy główne obszary zastosowań obu technologii.