Au cours du dernier demi-siècle, les lasers ont été utilisés en ophtalmologie, en oncologie, en chirurgie plastique et dans de nombreux autres domaines de la médecine et de la recherche biomédicale.
La possibilité d'utiliser la lumière pour traiter des maladies est connue depuis des milliers d'années. Les anciens Grecs et Égyptiens utilisaient le rayonnement solaire en thérapie, et les deux idées étaient même liées dans la mythologie - le dieu grec Apollon était le dieu du soleil et de la guérison.
Ce n'est qu'après l'invention de la source de rayonnement cohérente il y a plus de 50 ans que le potentiel de l'utilisation de la lumière en médecine a été vraiment révélé.
En raison de leurs propriétés particulières, les lasers sont beaucoup plus efficaces que le rayonnement solaire ou d'autres sources. Chaque générateur quantique fonctionne dans une gamme de longueurs d'onde très étroite et émet une lumière cohérente. De plus, les lasers en médecine vous permettent de créer des puissances élevées. Le faisceau d'énergie peut être concentré en un très petit point, grâce auquel sa densité élevée est atteinte. Ces propriétés ont conduit au fait qu'aujourd'hui les lasers sont utilisés dans de nombreux domaines du diagnostic médical, de la thérapie et de la chirurgie.
Traitement de la peau et des yeux
L'utilisation des lasers en médecine a commencé avec l'ophtalmologie et la dermatologie. QuantumLe générateur a été ouvert en 1960. Et un an plus tard, Leon Goldman a démontré comment le laser rouge rubis pouvait être utilisé en médecine pour éliminer la dysplasie capillaire, un type de tache de naissance, et le mélanome.
Cette application est basée sur la capacité des sources de rayonnement cohérentes à fonctionner à une certaine longueur d'onde. Des sources de rayonnement cohérentes sont maintenant largement utilisées pour éliminer les tumeurs, les tatouages, les poils et les grains de beauté.
Des lasers de différents types et longueurs d'onde sont utilisés en dermatologie, en raison de différents types de lésions en cours de guérison et de la principale substance absorbante à l'intérieur. La longueur d'onde dépend également du type de peau du patient.
Aujourd'hui, on ne peut pas pratiquer la dermatologie ou l'ophtalmologie sans disposer de lasers, car ils sont devenus les principaux outils de traitement des patients. L'utilisation de générateurs quantiques pour la correction de la vision et un large éventail d'applications ophtalmiques se sont développées après que Charles Campbell est devenu le premier médecin à utiliser un laser rouge en médecine en 1961 pour traiter un patient présentant un décollement de la rétine.
Plus tard, à cette fin, les ophtalmologistes ont commencé à utiliser des sources d'argon de rayonnement cohérent dans la partie verte du spectre. Ici, les propriétés de l'œil lui-même, en particulier sa lentille, ont été utilisées pour focaliser le faisceau dans la zone de décollement de la rétine. La puissance hautement concentrée de l'appareil la soude littéralement.
Les patients atteints de certaines formes de dégénérescence maculaire peuvent bénéficier de la chirurgie au laser - photocoagulation au laser et thérapie photodynamique. Dans la première procédure, le faisceau dele rayonnement est utilisé pour sceller les vaisseaux sanguins et ralentir leur croissance pathologique sous la macula.
Des études similaires ont été réalisées dans les années 1940 avec la lumière du soleil, mais les médecins avaient besoin des propriétés uniques des générateurs quantiques pour les mener à bien. La prochaine utilisation du laser à argon était d'arrêter une hémorragie interne. L'absorption sélective de la lumière verte par l'hémoglobine, un pigment des globules rouges, a été utilisée pour bloquer les saignements des vaisseaux sanguins. Pour traiter le cancer, ils détruisent les vaisseaux sanguins qui pénètrent dans la tumeur et lui fournissent des nutriments.
Ceci ne peut pas être réalisé en utilisant la lumière du soleil. La médecine est très conservatrice, comme il se doit, mais les sources de rayonnement cohérent ont été acceptées dans divers domaines. Les lasers en médecine ont remplacé de nombreux instruments traditionnels.
L'ophtalmologie et la dermatologie ont également bénéficié des sources excimères de rayonnement UV cohérent. Ils sont devenus largement utilisés pour le remodelage cornéen (LASIK) pour la correction de la vision. Les lasers en médecine esthétique sont utilisés pour éliminer les imperfections et les rides.
Chirurgie esthétique rentable
De tels développements technologiques sont inévitablement populaires auprès des investisseurs commerciaux, car ils ont un énorme potentiel de profit. La société analytique Medtech Insight a estimé en 2011 la taille du marché des équipements de beauté au laser à plus d'un milliard de dollars américains. En effet, malgrébaisse de la demande globale de systèmes médicaux pendant la récession mondiale, les chirurgies esthétiques basées sur des générateurs quantiques continuent de bénéficier d'une forte demande aux États-Unis, le marché dominant des systèmes laser.
Visualisation et diagnostic
Les lasers en médecine jouent un rôle important dans la détection précoce du cancer, ainsi que de nombreuses autres maladies. Par exemple, à Tel-Aviv, un groupe de scientifiques s'est intéressé à la spectroscopie IR utilisant des sources infrarouges de rayonnement cohérent. La raison en est que le cancer et les tissus sains peuvent avoir une perméabilité infrarouge différente. L'une des applications prometteuses de cette méthode est la détection des mélanomes. Dans le cancer de la peau, le diagnostic précoce est très important pour la survie du patient. Actuellement, la détection du mélanome se fait à l'œil nu, il reste donc à s'en remettre à l'habileté du médecin.
En Israël, chaque personne peut passer un dépistage gratuit du mélanome une fois par an. Il y a quelques années, des études ont été menées dans l'un des principaux centres médicaux, grâce auxquelles il est devenu possible d'observer clairement la différence dans la plage infrarouge entre des signes potentiels, mais non dangereux, et un vrai mélanome.
Katzir, organisateur de la première conférence SPIE sur l'optique biomédicale en 1984, et son groupe à Tel-Aviv ont également développé des fibres optiques transparentes aux longueurs d'onde infrarouges, permettant d'étendre la méthode au diagnostic interne. De plus, il peut être une alternative rapide et indolore au frottis cervical chezgynécologie.
Le laser à semi-conducteur bleu en médecine a trouvé une application dans le diagnostic par fluorescence.
Les systèmes basés sur des générateurs quantiques commencent également à remplacer les rayons X, traditionnellement utilisés en mammographie. Les rayons X posent aux médecins un dilemme difficile: ils ont besoin d'une intensité élevée pour détecter de manière fiable les cancers, mais l'augmentation des rayonnements elle-même augmente le risque de cancer. Comme alternative, la possibilité d'utiliser des impulsions laser très rapides pour imager la poitrine et d'autres parties du corps, comme le cerveau, est à l'étude.
OCT pour les yeux et plus
Les lasers en biologie et en médecine ont été utilisés dans la tomographie par cohérence optique (OCT), ce qui a provoqué une vague d'enthousiasme. Cette technique d'imagerie utilise les propriétés d'un générateur quantique et permet de fournir en temps réel des images très nettes (de l'ordre du micron), en coupe et en trois dimensions de tissus biologiques. L'OCT est déjà utilisé en ophtalmologie, et peut, par exemple, permettre à un ophtalmologiste de voir une coupe transversale de la cornée pour diagnostiquer des maladies rétiniennes et un glaucome. Aujourd'hui, la technique commence également à être utilisée dans d'autres domaines de la médecine.
L'un des plus grands domaines émergeant de l'OCT est l'imagerie par fibre optique des artères. La tomographie par cohérence optique peut être utilisée pour évaluer une rupture de plaque instable.
Microscopie d'organismes vivants
Les lasers dans la science, la technologie et la médecine jouent aussiun rôle clé dans de nombreux types de microscopie. Un grand nombre de développements ont été réalisés dans ce domaine, dont le but est de visualiser ce qui se passe à l'intérieur du corps du patient sans l'utilisation d'un scalpel.
La partie la plus difficile de l'élimination du cancer est la nécessité d'utiliser constamment un microscope afin que le chirurgien puisse s'assurer que tout est fait correctement. La possibilité de faire de la microscopie en direct et en temps réel est une avancée significative.
Une nouvelle application des lasers en ingénierie et en médecine est le balayage en champ proche de la microscopie optique, qui peut produire des images avec une résolution bien supérieure à celle des microscopes standard. Cette méthode est basée sur des fibres optiques avec des encoches aux extrémités dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière. Cela a permis l'imagerie sub-longueur d'onde et a jeté les bases de l'imagerie des cellules biologiques. L'utilisation de cette technologie dans les lasers IR permettra de mieux comprendre la maladie d'Alzheimer, le cancer et d'autres changements dans les cellules.
PDT et autres traitements
Les développements dans le domaine des fibres optiques permettent d'élargir les possibilités d'utilisation des lasers dans d'autres domaines. En plus du fait qu'ils permettent des diagnostics à l'intérieur du corps, l'énergie du rayonnement cohérent peut être transférée là où elle est nécessaire. Il peut être utilisé en cure. Les lasers à fibre sont de plus en plus avancés. Ils vont radicalement changer la médecine du futur.
Domaine de la photomédecine utilisant des produits chimiques photosensiblesles substances qui interagissent avec le corps d'une manière particulière peuvent utiliser des générateurs quantiques pour diagnostiquer et traiter les patients. En thérapie photodynamique (PDT), par exemple, un laser et un médicament photosensible peuvent restaurer la vision chez les patients atteints de la forme "humide" de la dégénérescence maculaire liée à l'âge, principale cause de cécité chez les personnes de plus de 50 ans.
En oncologie, certaines porphyrines s'accumulent dans les cellules cancéreuses et deviennent fluorescentes lorsqu'elles sont éclairées à une certaine longueur d'onde, indiquant l'emplacement de la tumeur. Si ces mêmes composés sont ensuite illuminés avec une longueur d'onde différente, ils deviennent toxiques et tuent les cellules endommagées.
Le laser hélium-néon à gaz rouge est utilisé en médecine dans le traitement de l'ostéoporose, du psoriasis, des ulcères trophiques, etc., car cette fréquence est bien absorbée par l'hémoglobine et les enzymes. La radiothérapie ralentit l'inflammation, prévient l'hyperémie et l'enflure et améliore la circulation sanguine.
Traitement personnalisé
La génétique et l'épigénétique sont deux autres domaines où les lasers peuvent être utilisés.
Demain, tout se passera à l'échelle nanométrique, ce qui nous permettra de faire de la médecine à l'échelle de la cellule. Les lasers capables de générer des impulsions femtosecondes et de s'accorder à des longueurs d'onde spécifiques sont des partenaires idéaux pour les professionnels de la santé.
Cela ouvrira la porte à un traitement personnalisé basé sur le génome individuel du patient.
Leon Goldman - le fondateurmédecine au laser
Parlant de l'utilisation des générateurs quantiques dans le traitement des personnes, on ne peut manquer de mentionner Leon Goldman. Il est connu comme le "père" de la médecine au laser.
Déjà un an après avoir inventé la source de rayonnement cohérente, Goldman est devenu le premier chercheur à l'utiliser pour traiter les maladies de la peau. La technique utilisée par le scientifique a ouvert la voie au développement ultérieur de la dermatologie au laser.
Ses recherches au milieu des années 1960 ont conduit à l'utilisation du générateur quantique de rubis en chirurgie rétinienne et à des découvertes telles que la capacité d'un rayonnement cohérent à couper simultanément la peau et à sceller les vaisseaux sanguins, limitant ainsi les saignements.
Goldman, dermatologue à l'Université de Cincinnati pendant la majeure partie de sa carrière, a fondé l'American Society for Lasers in Medicine and Surgery et a contribué à jeter les bases de la sécurité laser. Décédé en 1997
Miniaturisation
Les premiers générateurs quantiques de 2 microns avaient la taille d'un lit double et étaient refroidis à l'azote liquide. Aujourd'hui, des lasers à diode de la taille d'une paume et des lasers à fibre encore plus petits sont apparus. Ces changements ouvrent la voie à de nouvelles applications et à de nouveaux développements. La médecine du futur aura de minuscules lasers pour la chirurgie du cerveau.
Grâce aux progrès technologiques, il y a une réduction constante des coûts. Tout comme les lasers sont devenus monnaie courante dans les appareils électroménagers, ils ont commencé à jouer un rôle clé dans les équipements hospitaliers.
Si les premiers lasers en médecine étaient très gros etcomplexe, la production actuelle à partir de fibre optique a considérablement réduit le coût, et la transition vers l'échelle nanométrique réduira encore plus les coûts.
Autres utilisations
Les urologues peuvent traiter la sténose urétrale, les verrues bénignes, les calculs urinaires, la contracture de la vessie et l'hypertrophie de la prostate avec des lasers.
L'utilisation du laser en médecine a permis aux neurochirurgiens de faire des incisions précises et des examens endoscopiques du cerveau et de la moelle épinière.
Les vétérinaires utilisent des lasers pour les procédures endoscopiques, la coagulation des tumeurs, les incisions et la thérapie photodynamique.
Les dentistes utilisent un rayonnement cohérent pour la fabrication de trous, la chirurgie des gencives, les procédures antibactériennes, la désensibilisation dentaire et le diagnostic oro-facial.
Pince laser
Les chercheurs biomédicaux du monde entier utilisent des pincettes optiques, des trieurs de cellules et de nombreux autres outils. Les pincettes laser promettent un diagnostic meilleur et plus rapide du cancer et ont été utilisées pour capturer des virus, des bactéries, de petites particules métalliques et des brins d'ADN.
Dans les pinces optiques, un faisceau de rayonnement cohérent est utilisé pour maintenir et faire pivoter des objets microscopiques, de la même manière qu'une pince à épiler en métal ou en plastique peut saisir des objets petits et fragiles. Les molécules individuelles peuvent être manipulées en les attachant à des lames micrométriques ou à des billes de polystyrène. Lorsque le faisceau frappe la balle, ilcourbes et a un léger impact, poussant la balle directement au centre de la poutre.
Cela crée un "piège optique" capable de piéger une petite particule dans un faisceau de lumière.
Laser en médecine: avantages et inconvénients
L'énergie du rayonnement cohérent, dont l'intensité peut être modulée, est utilisée pour couper, détruire ou modifier la structure cellulaire ou extracellulaire des tissus biologiques. De plus, l'utilisation des lasers en médecine, en somme, réduit le risque d'infection et stimule la cicatrisation. L'utilisation de générateurs quantiques en chirurgie augmente la précision de la dissection, cependant, ils sont dangereux pour les femmes enceintes et il existe des contre-indications à l'utilisation de médicaments photosensibilisants.
La structure complexe des tissus ne permet pas une interprétation univoque des résultats des analyses biologiques classiques. Les lasers en médecine (photo) sont un outil efficace pour la destruction des cellules cancéreuses. Cependant, de puissantes sources de rayonnement cohérent agissent sans discernement et détruisent non seulement les tissus affectés, mais également les tissus environnants. Cette propriété est un outil important dans la technique de microdissection utilisée pour effectuer une analyse moléculaire sur un site d'intérêt avec la capacité de détruire sélectivement les cellules en excès. Le but de cette technologie est de s'affranchir de l'hétérogénéité présente dans tous les tissus biologiques afin de faciliter leur étude dans une population bien définie. En ce sens, la microdissection laser a apporté une contribution significative au développement de la recherche, à la compréhensiondes mécanismes physiologiques qui peuvent aujourd'hui être clairement démontrés au niveau d'une population et même d'une seule cellule.
La fonctionnalité de l'ingénierie tissulaire est aujourd'hui devenue un facteur majeur du développement de la biologie. Que se passe-t-il si les fibres d'actine sont coupées lors de la division ? Un embryon de drosophile sera-t-il stable si la cellule est détruite lors du repliement ? Quels sont les paramètres impliqués dans la zone méristémique d'une plante ? Tous ces problèmes peuvent être résolus avec des lasers.
Nanomédecine
Récemment, de nombreuses nanostructures ont émergé avec des propriétés adaptées à une gamme d'applications biologiques. Les plus importants d'entre eux sont:
- les points quantiques sont de minuscules particules émettrices de lumière de la taille d'un nanomètre utilisées dans l'imagerie cellulaire hautement sensible;
- nanoparticules magnétiques qui ont trouvé une application dans la pratique médicale;
- particules de polymères pour molécules thérapeutiques encapsulées;
- nanoparticules métalliques.
Le développement de la nanotechnologie et l'utilisation des lasers en médecine, en bref, ont révolutionné la façon dont les médicaments sont administrés. Les suspensions de nanoparticules contenant des médicaments peuvent augmenter l'indice thérapeutique de nombreux composés (augmenter la solubilité et l'efficacité, réduire la toxicité) en affectant sélectivement les tissus et les cellules affectés. Ils délivrent le principe actif et régulent également la libération du principe actif en réponse à une stimulation externe. Nanotheranostics est plus loinune approche expérimentale qui permet la double utilisation de nanoparticules, de composés médicamenteux, d'outils thérapeutiques et d'imagerie diagnostique, ouvrant la voie à un traitement personnalisé.
L'utilisation des lasers en médecine et en biologie pour la microdissection et la photoablation a permis de comprendre les mécanismes physiologiques du développement de la maladie à différents niveaux. Les résultats aideront à déterminer les meilleures méthodes de diagnostic et de traitement pour chaque patient. Le développement des nanotechnologies en lien étroit avec les avancées de l'imagerie sera également indispensable. La nanomédecine est une nouvelle forme de traitement prometteuse pour certains cancers, maladies infectieuses ou diagnostiques.
