بیوفیزیک لیزر

در مقاله بیوفیزیک لیزر در مورد ویژگی‌های فیزیکی انواع لیزرهای مورد استفاده در چشم پزشکی و به طور خاص در جراحی‌های رفع عیوب انکساری توضیح داده خواهد شد. در ابتدا  انواع تعامل بافت در بیوفیزیک لیزر (واکنش بافت به لیزر) توضیح داده خواهد شد و سپس اصول تاثیرگذاری و محاسبات پیش بینی کننده عمق ابلیشن در استفاده از لیزر اگزایمر در اعمال جراحی رفع عیوب توضیح داده خواهد شد.

تعامل لیزر بافت در بیوفیزیک لیزر

جراحی رفع عیوب انکساری در واقع تاثیر متقابل بافت با لیزر می‌باشد. در جراحی رفع عیوب انکساری ۳ نوع تعامل لیزر بافت استفاده می شود:

• فوتوابلیشن (حذف بافت با اثر نور)
• photodisruptive
• فوتوترمال

فوتو ابلیشن مهم‌ترین تعامل لیزر بافت در بیوفیزیک لیزر در RS (جراحی حذف عینک) است. در این تعامل، باندهای شیمیایی توسط لیزر اگزایمر (در اصل excited dimer¹) یا سایر لیزرها با طول موج مناسب شکسته می‌شوند. انرژی لیزر بیشتر یا مساوی eV 4 برای هر فوتون برای شکستن باندهای C-C و C-N کافی است.

اثرات Photoablative در تعامل لیزر بافت

می‌توان گفت در بیوفیزیک لیزر بافت اگزایمر آرگون-فلوراید، انرژی الکتریکی موجب تحریک مولکول آرگون می‌شود تا با گاز فلوئور یک دایمر ایجاد کند. لیزری که حاصل می‌شود، طول موجی برابر با ۱۹۳nm وانرژی ای برابر با ۶/۴eV برای هر فوتون دارد. نور ۱۹۳nm در محدوده UV-C قرار دارد و به طول موج اشعه X نزدیک است.

1. اثرات Photodisruptive در تاثیر متقابل لیزر بافت

از لیزرفمتوسکند برای ایجاد flap لیزیک² و پرسیجر SMILE استفاده می‌شود که تاییدیه FDA دارد که همچنین توانایی استفاده شدن در ایجاد کانال‌هایی جهت گذاشتن ring های اینترااسترومال یا برای لاملارکراتوپلاستی یا PKP را داراست.

2. اثرات فوتوترمال در تعامل لیزر بافت

لیزر YAG: با طول موج ۲/۱۳ میکرومتر به انتریور (قدام) استروما³ نفوذ می‌کند. انرژی لیزر توسط آب قرنیه جذب شده و گرمای حاصل شده در تعامل لیزر بافت باعث shrink شدن کلاژن و در نتیجه steep شدن قرنیه می‌شود.

• تعامل لیزر بافت

اصول اگزایمر لیزر فوتوابلیشن (اصول اگزایمر لیزر در حذف بافت)

میزان عمق ابلیشن در جراحی حذف عیوب انکساری توسط بیوفیزیک لیزر اگزایمر لیزر قابل پیش بینی می‌باشد. برای درمان میوپی (نزدیک بینی)، قرنیه با برداشتن بافت مرکزی flat می‌شود، این درحالیست که در هیپروپی (دور بینی) قرنیه با برداشتن بافت از می‌شود.

فرمول عمق ابلیشن در اگزایمر لیزر munnerlyn⁴:

تغییرات به‌وجود آمده توسط بیوفیزیک لیزر در اگزایمر لیزر ارتباطی با انحنای اولیه قرنیه ندارد. یکی از محدودیت‌هایی که وجود دارد این است که برای دوری از عوارضی مانند glare (بخار الود) و halo (هاله) وregression، باید oz (ناحیه جراحی در حذف عینک) حداقل ۶mm باشد، اما با توجه به فرمول میزان ابلیشن با توان دوم oz افزایش پیدا می‌کن‍د.

به‌طور مثال در یک میوپی ۱۲D ،۶D در یک oz=۴/۵mm اصلاح می‌شود، ۳D در oz=۵/۵ mm و ۳D در oz=۶/۵ mm. پس در مرکز ۱۲D اصلاح شده اما عمق ابلیشن (میزان ضخامت حذف از قرنیه) اگزایمر لیزر shallow تر است (۱۰۳ نانومتر به‌جای ۱۶۹نانومتر). حداقل میزان استرومای باقی مانده پس از لیزیک ۲۵۰ نانومتر درنظر گرفته می‌شد، اما این مقدار ثابت و دقیق نیست و در افراد مختلف متغیر است.

• اصول اگزایمر لیزر فوتوابلیشن

انواع لیزر فوتوابلیشن

انرژی لیزر با مکانیسم‌های متفاوتی می‌تواند موجب تخریب و حذف بافت شود پدیده‌ای که ما از ان در اعمال جراحی حذف عینک استفاده می‌کنیم.

1. Broad-Beam Laser لیزر فوتوابلیشن

این نوق لیزر فوتوابلیشن چنین خصوصیاتی دارد:

• Laser diameter Beam
• Slower repetition rate
• با اتکا بر اپتیک و آینه‌ها می‌تواند بیم مولتی مد هموژن و smooth با دیامتری تا۷mm ایجاد کند.
• انرژی هر پالس بسیار بالاست، پس نیازمند تعداد کمی پالس لیزر فوتوابلیشن برای ابلیشن قرنیه هستیم.

2. scaninng-slit

یک narrow-slit Beam⁵ لیزر فوتوابلیشن برای تغییر پروفایل ابلیشن روی سطح بافت اسکن می شود. این کار موجب افزایش smoothness قرنیه (یکنواخت بدون سطح قرنیه) Ablate شده و توانایی ایجاد ابلیشن zon هایی با دیامتر (قطر) بزرگتر می‌شود.

3. Flying spot

یک بیم لیزر فوتوابلیشن با دیامتر کمتر (۲-۰/۵mm) دارد که با repetition rate بالایی اسکن می‌شود. این روش برای ایجاد پترن دقیق ابلیشن نیازمند مکانیسم‌های Tracking است. لیزرهای Broad Beam و بعضی از scanning slit ها نیازمند دیافراگم مکانیکی آیریس یا ablation mask هستند تا شکل موردنظر قرنیه را ایجاد کند.

اما بقیه scanning slit و لیزرهای Flying spot از یک پترن پروژکت شده به روی سطح قرنیه به عنوان guide در ابلیشن پروفایل بدون masking استفاده می‌کنند. اغلب اگزایمرهای حال حاضر نیز از پروفایل Flying spot بهره می‌برند.

4. Wavefront optimized and Wavefront guided laser Ablation

بدلیل این که لیزرهای conventional دارای Blend zone کوچک می‌باشند باعث oblate شدن قرنیه می‌شوند، ممکن است درجاتی از HOA، مخصوصا از نوع اسفریکال و کما ایجاد کنند. دلیل ایجاد این Aber ها در بیوفیزیک لیزر این است که انحنای قرنیه در پریفر (اطراف) نسبت به بیم لیزر با زاویه قرار گرفته، پس پالس‌های لیزر فوتوابلیشن که به پریفر قرنیه برخورد می‌کنند، از پالس‌های سنترال تاثیر کمتری دارند.

5. Topography-guided laser ablation

از نظر مفهومی، لیزر(TG)Topography-guided (هدایت شده با توپوگرافی)، به w.f.guided (هدایت شده با جبهه موج) شباهت دارد، اما TG از اطلاعات بدست آمده از refraction و توپوگرافی قرنیه به جای نقشه w-f از کل چشم، استفاده می‌کند. موفقیت لیزر فوتوابلیشن TG ablation در منظم کردن قرنیه و نیز بهبود دید در بیماران با optical zone ،decentered ablation کوچک و سطح قرنیه، بوده است.

جمع‌بندی بیوفیزیک لیزر

به طور خلاصه می‌توان گفت در اعمال جراحی حذف عیوب انصاری توسط لیزر از انرژی لیزر اگزایمر برای حذف بافت با مکانیزم فوتو ابلیشن استفاده می‌شود. دقت بالای این لیزر حذف بافت به ما این امکان را می‌دهد که در تمامی ابعاد کنترل خوبی بر روی وسعت و عمق بافت حذف شده داشته باشیم. در مقاله بیوفیزیک لیزر تمامی این موارد مورد بررسی قرار گرفته است.

1. در دنیای بیولوژی و شیمی، dimer به ترکیب دو مولکول مشابه یا متفاوت اشاره دارد که به یکدیگر متصل شده‌اند. در مورد excited dimer (دیمر برانگیخته) که در زیست‌شناسی و فیزیک نوری مورد بررسی قرار می‌گیرد، معمولاً به‌نوعی پیوند یا وضعیت تقویت شده بین دو مولکول اشاره دارد که تحت‌تأثیر انرژی (مانند نور) قرار گرفته‌اند. ↩︎
2. جراحی چشم LASIK شناخته‌شده‌ترین و رایج‌ترین جراحی انکساری لیزر برای اصلاح مشکلات بینایی است. عمل لیزیک (LASIK) می‌تواند جایگزینی مناسب برای عینک و یا لنز تماسی باشد. ↩︎
3. استروما بخشی از بافت یا عضوی از اندام است که نقش ساختاری و یا پیوندی دارد. استروما از تمام بخش‌های عضو که وظایف و عملکرد خاصی ندارند تشکیل شده است. مانند بافت پیوندی، رگ‌های خونی، مجاری و غیره. ↩︎
4. اگزایمر لیزر نوعی از لیزر است که معمولاً در جراحی‌های اصلاح بینایی، از جمله عمل‌های لیزر در چشم، مورداستفاده قرار می‌گیرد. لیزر اگزایمر در روش‌هایی مانند LASIK (لیزر در موقعیت زیر قرنیه) و PRK (کراتکتومی فوتو ریفراکتیو) به کار می‌رود. این نوع لیزر قادر است بادقت بالا، بافت‌های چشم را بر اساس نیازهای بیمار اصلاح کند. ↩︎
5. پرتو باریک (Narrow-Slit Beam) در زمینه جراحی چشم، به نوع خاصی از پرتو لیزر اشاره دارد که به‌صورت باریکی ایجاد می‌شود و می‌تواند در فرایندهای جراحی، درمانی و تشخیصی مورداستفاده قرار گیرد. این نوع پرتو در جراحی‌های لیزر برای اصلاح بینایی و دیگر درمان‌های چشمی بسیار مفید است. ↩︎