مقدمه ای بر تاریخچه لیزر

مروری بر تاریخچه لیزر

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.

● لیزرهای ablative:

لیزر CO۲ (۱۰۶۰۰nm) در سال ۱۹۶۴ توسط Patel و همکاران تولید شد که از انرژی مادون قرمز که به خوبی توسط آب اپیدرم جذب می شد استفاده می کرد. وقتی CO۲ به عنوان یک پرتو متمرکز استفاده می شد به عنوان یک چاقوی جراحی بدون خونروی جهت برداشتن انواع ضایعات درمال و اپیدرمال کاربرد داشت. اولین گزارش از استفاده ی CO۲ روی غشاهای مخاطی برای درمان شیلیت اکتینیک در سال ۱۹۸۵ منتشر شد.

۴ سال بعد لیزر CO۲ جهت برداشتن آسیب های اکتینیک صورت استفاده شد. لیزرهای CO۲ با پالس انرژی بالا در اوایل دهه ی ۱۹۹۰ به عنوان یک وسیله ی مؤثر در تبخیر اپیدرم بدون آسیب گرمایی درم زیرین معرفی شدند.

لیزرهای CO۲ اولتراپالس در سال ۱۹۹۱ مجوز FDA را جهت بازسازی پوست دریافت کردند و به طور گسترده تری برای درمان آسیب های اکتینیک و چین و چروک در سال های بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. تبخیر سطحی اپیتلیوم آسیب دیده را حذف کرده و گرم شدن درم زیرین سبب کوتاه شدن دسته های کلاژن و سفت شدن پوست می شود. لیزر Erbium (Er) :YAG (۲۹۴۰nm) با فاصله ی کوتاهی در سال ۱۹۹۶ تولید شد. طول موج کمتر سبب تبخیر سطحی بیشتر و آسیب گرمایی زیرین کمتر می شد که نتیجه ی آن بهبود سریع تر ولی نتایج چشمگیر کمتر درمقایسه با لیزرCO۲ اولترا پالس بود. با استفاده از لیزرCO۲ و لیزر Er:YAG تکنیک های ترکیبی ایجاد شد که آسیب های گرمایی غیر اختصاصی را کاهش می داد. لیزرهای ترکیبی Er:YAG و CO۲ به دنبال فواید هر دو روش بودند.
Goldman و همکاران از سیستم Derma K برای بازسازی گردن وصورت استفاده کردند که بهبودی چشمگیری درپوست های photoaged ایجاد کرد. لیزرهای ablative در دهه ی ۸۰ و۹۰ شهرت زیادی به دست آورد اما زمان بهبودی طولانی و ریسک بالای اسکار و پیگمانتاسیون مانع بزرگی در پذیرش این روش به وسیله ی بیماربود.

● برداشتن مو با لیزر

برداشتن مو با لیزر اولین بار در اواخر دهه ی ۸۰ و اوایل دهه ی ۹۰ در زمینه های افتالمولوژی، اتولارنگولوژی و اورولوژی برای درمان trichiasis و اپیلاسیون بافت های پیوندی حاوی مو استفاده شد. هدف لیزرهای از بین برنده ی مو، ملانین موجود در شفت مو، اپیتلیوم فولیکولار و ماتریکس بود. مدت پالسی که طولانی تر از زمان استراحت گرمایی تنه ی مو بود سبب می شد تا گرما از هدف پیگمانته منتشر شده و به تمام واحد فولیکولار صدمه ی گرمایی بزند. لیزرهایی با طول موج های ۶۹۴nm و بالاتر در منحنی جذب نوری ملانین، با مدت پالس بیشتر و وسایل سرد کننده ی دینامیک اصلاح شدند تا امکان جذب انرژی به ملانین های عمقی تر را بدهد در حالی که ملانین اپیدرمال جذبی نداشته باشد.

اولین تلاش ها برای از بین بردن موها ناموفق بود، زیرا انرژی لیزر به سرعت شفت پیگمانته ی مو را تخریب می کرد بدون اینکه زمان کافی برای آسیب گرمایی منتشر سلول های بنیادی مو وجود داشته باشد. لیزرQS Nd: YAG اولین لیزری بود که به صورت اختصاصی برای از بین بردن موها در ۱۹۹۸ درایالات متحده به فروش رسید. برای استفاده از لیزر QS Nd:YAG برای فتواپیلاسیون، لازم بود تا یک کروموفور اگزوژن به صورت یک محلول کربن دار موضعی که امکان نفوذ به فولیکول مو را داشته باشد قبل از تماس با لیزر مورد استفاده قرارگیرد. درسال ۱۹۹۷، Goldberg و همکاران از این تکنیک به همراه لیزر QS Nd:YAG با پالس های بسیار کوتاه برای کاهش چشمگیر رشد مو استفاده کردند. به خاطر ماهیت بسیارکوتاه پالس ها، لیزرQS Nd:YAG قادر به تخریب تمام واحد فولیکولار نبود، و مناطق درمان شده بعد از ۶ ماه، رشد مجدد چشمگیری داشتند. اولین بررسی کنترلی با استفاده از لیزر یاقوتی انجام شد. اگر چه کاهش مو بلافاصله بعد از انجام لیزر به دست آمد، رشد مجدد مو در یک پیگیری سه ماه دیده شد. با استفاده از لیزرهای یاقوتی متفاوت، مدت پالس های طولانی تر توسط محققان متعدد بررسی شد ولی هیچکدام اثرات دراز مدت نداشتند. به خاطر ریسک هیپوپیگمانتاسیون استفاده از لیزر یاقوت محدود به پوست های روشن شد.

نسل بعدی لیزرهای برداشت مو، لیزر alexandrite با طول موج۷۵۵nm بود. درسال ۱۹۹۷ Finkel و همکاران نتایج آزمایشهای خود را روی این لیزر منتشر کردند که شامل کاهش مو تا ۹۰% بعد از ۳ ماه در طول ۵ جلسه ی درمانی بود. دو سال بعد McDaniel و همکاران یک کاهش رشد موی چشمگیر که تا ۶ ماه دوام داشت بعد از فقط یک جلسه ی درمان با لیزر alexandrite با پالس طولانی به دست آوردند. به خاطر طول موج های طولانی تر و نفوذ عمقی تر این لیزر به درم، نسبت به لیزر یاقوت برای استفاده در پوست های تیره ایمن تر بود.

در سال ۱۹۹۸، Dierickx و همکاران تأثیر لیزر دیود با طول موج۸۰۰nm را در فتواپیلاسیون اعلام کردند. با استفاده از پالس هایی با پهنای متفاوت، محققان توانستند به یک تأخیر ۹ ماهه ی چشمگیر در رشد مجدد مو بعد از ۱ یا ۲ جلسه ی درمانی دست یابند. در یک بررسی آینده نگر که در سال ۲۰۰۰ منتشر شد، Lou و همکاران به یک کاهش چشمگیر در تعداد موها که ۶ ماه بعد از فقط ۲ جلسه ی درمانی دوام داشت دست یافتند. سیستم های دیود جدید به استفاده کننده اجازه ی تعیین مدت پالس و رنگ پوست و مو را می داد.

لیزرهای Nd:YAG با پالس طولانی، برخلاف انواع QS قدیمیشان، زمان پالس نزدیک تری به زمان استراحت گرمایی فولیکول مو داشتند در حالی که عمق نفوذ بیشتری نیز داشتند. در سال ۱۹۹۹، Bencini و همکاران با استفاده از لیزرNd:YAG با پالس طولانی به موفقیت چشمگیری در زمینه ی اپیلاسیون قسمت های مختلف بدن در افرادی با رنگ پوست و موی متفاوت دست یافتند. Samady و Goldberg یک کاهش ۵۹% رشد مو را سه ماه بعد از تنها یک جلسه ی درمانی با استفاده از لیزر QS Nd:YAG با طول پالس ۳۰ میلی ثانیه نشان دادند.

منابع غیر لیزری نور، با طیف طول موج هایی که به وسیله ی یک فیلتر قطع کننده تنظیم می شوند، نیز در فتواپیلاسیون مورد بررسی قرار گرفت. اولین مورد استفاده از تکنولوژی IPL (نور با پالس شدید) در سال ۱۹۹۷ منتشر شد، زمانی که Gold و همکاران از IPL استفاده کردند و به یک کاهش موی ۶۰% طی ۱۲ هفته بعد از فقط یک جلسه ی درمانی رسیدند.

منابع :
----------------------
هفته نامه پزشکی امروز