مروری بر تاریخچه‌ لیزر

در ۱۹۶۶ Theodore Maiman، اولین مخترع سیستم لیزر کریستالی یاقوتی، کاربردهای احتمالی این تکنولوژی جدید و هیجان‌انگیز 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 آینده‌یی با جراحی بدون خونروی و حذف انتخابی تومورها بدون اثر روی بافت‌های اطراف را می‌دید و حتی تصور می‌کرد که روزی می‌توان از لیزر برای تخریب ژن‌های 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 زمینه‌های در حال رشد سریع درتکنولوژی پزشکی است. این خلاصه‌ی کوتاه ازتاریخچه‌‌ی لیزر، مبدا وتکامل لیزرهای مورد استفاده در درماتولوژی را با تأکید بیشتر بر دهه‌ی اخیر وآغاز هزاره‌ی سوم وقرن بیست‌ویکم مورد بررسی قرار می‌دهد.
● لیزرها در قبل از سال ۲۰۰۰ (قرن بیستم)
نظریه‌ی جدید وجالب«نیلزبور» درمورد ساختار اتم، یک زیر ساخت مهم برای فیزیک کوآنتوم ایجاد کرد. طبق نظریه‌ی بور اتم‌ها در حالت‌های پایداری هستند و در این زمان تابش انرژی ندارند. وقتی اتم از حالت برانگیخته به حالت پایدار بازمی‌گردد، انرژی را در اندازه‌های گسسته یا کوآنتا quanta پخش می‌کند. براساس این تئوری‌ها، آلبرت اینشتین نظریه‌ی 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 وسیله‌یی اختراع کردند که با استفاده از گاز آمونیاک به عنوان واسط نوری، امواج کوتاه همگرا تولید می‌کرد. این دستگاه پیشرو ابزارهایی بود که امروزه به نام لیزر می‌شناسیم.
اولین لیزر حقیقی در سال ۱۹۵۹ توسط Maiman ساخته شد. انرژی ماکروویو توسط کریستال یاقوت تقویت می‌شد 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 جانشین‌هایی برای میله‌های شیشه‌یی جامد بودند.
اولین استفاده‌ی پزشکی لیزر در چشم پزشکی بود (برای ترمیم شبکیه در درمان دکولمان رتین) شهرت لیزر در درمان بیماریهای پوستی مدیون فعالیت‌های دکتر Leon Goldman است او رئیس بخش پوست دانشگاه Cincinnati می‌باشد. دکتر Goldman اولین پزشکی بود که از خصوصیات لیزر یاقوت در درمان خالکوبی استفاده کرد. نتیجه‌یی 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 کمیته‌های درماتولوژی به عنوان «پدرلیزر در پزشکی و جراحی» یاد می‌شود.
همانطور که در همه‌ی تکنولوژی‌ها دیده می‌شود، پزشکانی که از اولین لیزرها استفاده می‌کردند با مشکلات زیادی مواجه شدند. لیزرهای اولیه مثال آرگون و CO۲ یک پرتوی نور پیوسته تابش می‌کردند که اگر چه در تخریب هدف مؤثر بود اما بافت سالم اطراف را نیز برای مدت طولانی در معرض قرار می‌داد. نتیجه‌ی‌این تخریب همراه درجات بالا و غیر قابل قبول اسکار هیپرتروفیک وپیگمانتاسیون بود.
در جهت کاهش میزان تخریب ناخواسته گرمایی، امواج پیوسته‌ی 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 تنظیم‌‌پذیر(۵۷۷nm و ۵۸۵nm) بودند. از این لیزرهای به ظاهر پیوسته می‌توان در کنار وسایل اسکنینگ روباتیک که پالس‌های نور را به طور موقت ازهم جدا می‌کنند جهت به حداقل رساندن آسیب‌های بافتی ناخواسته استفاده کرد.
● لیزری با رنگ متفاوت: لیزرهای زرد رنگ
بسیاری از استفاده‌های اولیه‌ی لیزر دردرماتولوژی بر درمان ضایعات عروقی مثل خال عروقی stain port wine متمرکز بود.لیزرهای آرگون پیوسته‌ی اولیه (۵۱۴nm یا ۴۸۸) یک نور سبز - آبی تابش می‌کرد که جهت درمان ضایعات عروقی مورد استفاده قرار می‌گرفت ولی به طور مطلوب اکسی هموگلوبین را هدف قرارنمی‌داد وهمچنین به میزان زیادی توسط ملانین جذب می‌شد. این عدم اختصاصی بودن هدف سبب ایجاد اثر ضعیف و یک اثر جانبی مضر شامل هیپوپیگمانتاسیون و اسکار می‌شد.
شناخت محدودیت‌های لیزر آرگون سبب تولید لیزرهای نور زرد شد که به پیک جذبی اکسی هموگلوبین نزدیک‌تر بودند. اولین لیزرهای نور زرد، لیزرهای تنظیم‌پذیر پر شده با آرگون بودند که درسال ۱۹۸۱ از رنگ‌های ارگانیکی استفاده می‌کردند که برای تولید طول موج‌های مختلف نور به ویژه ۵۸۵ یا۵۷۷nm قابل تنظیم بود.از لیزرهای رنگی تنظیم‌پذیر می‌شد هم به عنوان امواج پیوسته و هم دیافراگم دار جهت تولید پالس‌های نور زرد استفاده کرد.
● لیزر رنگی PDL وتئوری فتوترمولیز انتخابی
با استفاده همزمان از لیزر PDL در اوایل دهه‌ی 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 بافت‌های سالم اطراف نتیجه‌ی تماس دراز مدت با انرژی لیزراست. با انتخاب طول موج‌های اختصاصی برای کروموفور هدف و انتقال این انرژی با سرعتی که از زمان استراحت کروموفور تجاوز نکند از آسیب گرمایی به ساختمان‌های مجاور جلوگیری می‌شود. اگر شدت انرژی جهت تخریب کروموفور در این زمان کوتاه کافی باشد، تخریب درمانی به حداکثر رسیده در حالی که آسیب‌گرمایی بافت‌های اطراف به حداقل می‌رسد.
PDL درآزمایشگاه Harvard&#۰۳۹;s Wellman توسط دکتر Anderson و دکتر Parrish دراوایل دهه‌ی ۱۹۸۰ تولید شد. تفاوت اصلی در این لیزر،انتقال نور زرد در پالس‌های بسیار کوتاه در حد میکروثانیه بود. توانایی PDL در تخریب هدف‌های عروقی بسیار اختصاصی بود در حالی که آسیب‌ساختمان‌های مجاور به حداقل رسیده بود که PDL را درمان مناسبی برای آسیب‌های عروقی در بچه‌ها و اطفال کرده بود. PDL در ابتدا برای تولید نور زرد باطول موج۵۷۷nm ایجاد شد، ولی بعد برای تخریب هدفهای عمقی‌تر 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 می‌شود. این لیزر نیز گروهی از امواج سبز با طول موج۵۱۰nm را که توسط ملانین جذب می‌شود تابش می‌کرد و در درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد. این امر موجب شد تا ضایعات بیشتری توسط این وسیله درمان شود.
● مدت پالس‌های بسیارکوتاه: لیزرهای Q-switched
در زمان کوتاهی پس از تولید لیزرهای درمانی، آزمایشهایی جهت کاهش مدت تماس با لیزر از میلی‌ثانیه به نانو ثانیه انجام شد. این تکنیک که Q-switched (QS) نامیده می‌شد 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 امکان‌پذیر می‌کرد.
اولین لیزر QS یک لیزر یاقوتی اصلاح شده بود که توسط دکتر Goldman در سال ۱۹۶۷ برای برداشتن خالکوبی‌ها استفاده شد. لیزریاقوتی QS یک پرتو نور قرمز رنگ با طول موج۶۹۴nm تابش می‌کرد که به خوبی توسط ملانین جذب می‌شد، 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 دهه‌ی‌ ۱۹۸۰ پیشگامانی مثل Reid و همکارانش سبب ایجاد علاقه‌ی 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 وسیله‌ی 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 پیگمانته‌ی سطحی استفاده می‌شد، وجود داشت. متعاقباً، لیزرQ-Switch alexandrite برای درمان خالکوبی و ضایعات پیگمانته‌ی عمقی‌تر استفاده شد زیرا نور قرمز تولید شده نفوذ بیشتری به درون درم داشت. طول موج‌های بلندتر کلاً سبب آسیب کمتری درملانین اپیدرم می‌شدند ولذا ریسک تغییر پیگمانی ثانویه را کاهش می‌دادند.
● 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 می‌شد استفاده می‌کرد. وقتی CO۲ به عنوان یک پرتو متمرکز استفاده می‌شد به عنوان یک چاقوی جراحی بدون خونروی جهت برداشتن انواع ضایعات درمال و اپیدرمال کاربرد داشت. اولین گزارش از استفاده‌ی CO۲ روی غشاهای مخاطی برای درمان شیلیت اکتینیک در سال ۱۹۸۵ منتشر شد.
۴ سال بعد لیزر CO۲ جهت برداشتن آسیب‌های اکتینیک صورت استفاده شد. لیزرهای CO۲ با پالس‌ انرژی بالا در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰ به عنوان یک وسیله‌ی 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 گسترده‌تری برای درمان آسیب‌های اکتینیک و چین و چروک در سال های بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. تبخیر سطحی اپیتلیوم آسیب‌دیده را حذف کرده و گرم شدن درم زیرین سبب کوتاه شدن دسته‌های کلاژن و سفت شدن پوست می‌شود. لیزر Erbium (Er) :YAG (۲۹۴۰nm) با فاصله‌ی کوتاهی در سال ۱۹۹۶ تولید شد. طول موج کمتر سبب تبخیر سطحی بیشتر و آسیب‌گرمایی زیرین کمتر می‌شد که نتیجه‌ی‌ آن بهبود سریع‌تر ولی نتایج چشمگیر کمتر درمقایسه با لیزرCO۲ اولترا پالس بود. با استفاده از لیزرCO۲ و لیزر Er:YAG تکنیک‌های ترکیبی ایجاد شد که آسیب‌های گرمایی غیر اختصاصی را کاهش می‌داد. 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 درپوست‌های photoaged ایجاد کرد. لیزرهای ablative در دهه‌ی‌ ۸۰ و۹۰ شهرت زیادی به دست آورد اما زمان بهبودی طولانی و ریسک بالای اسکار و پیگمانتاسیون مانع بزرگی در پذیرش این روش به وسیله‌ی بیماربود.
● برداشتن مو با لیزر
برداشتن مو با لیزر اولین بار در اواخر دهه‌ی‌ ۸۰ و اوایل دهه‌ی ۹۰ در زمینه‌های افتالمولوژی، اتولارنگولوژی و اورولوژی برای درمان trichiasis و اپیلاسیون بافت‌های پیوندی حاوی مو استفاده شد. هدف لیزرهای از بین برنده‌ی مو، ملانین موجود در شفت مو، اپیتلیوم فولیکولار و ماتریکس بود. مدت پالسی که طولانی‌تر از زمان استراحت گرمایی تنه‌ی مو بود سبب می‌شد تا گرما از هدف پیگمانته منتشر شده و به تمام واحد فولیکولار صدمه‌ی گرمایی بزند. لیزرهایی با طول موج‌های ۶۹۴nm و بالاتر در منحنی جذب نوری ملانین، با مدت پالس بیشتر و وسایل سرد کننده‌ی دینامیک اصلاح شدند تا امکان جذب انرژی به ملانین‌های عمقی‌تر 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 پیگمانته‌ی مو را تخریب می‌کرد بدون اینکه زمان کافی برای آسیب‌گرمایی منتشر سلول‌های 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 کربن‌دار 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 پالس‌های بسیار کوتاه برای کاهش چشمگیر رشد مو استفاده کردند. به خاطر ماهیت بسیارکوتاه پالس‌ها، 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 پالس‌های طولانی‌تر توسط محققان متعدد بررسی شد ولی هیچکدام اثرات دراز مدت نداشتند. به خاطر ریسک هیپوپیگمانتاسیون استفاده از لیزر یاقوت محدود به پوست‌های 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 جلسه‌ی درمانی بود. دو سال بعد McDaniel و همکاران یک کاهش رشد موی چشمگیر که تا ۶ ماه دوام داشت بعد از فقط یک جلسه‌ی درمان با لیزر alexandrite با پالس‌ طولانی به دست آوردند. به خاطر طول موج‌های طولانی‌تر و نفوذ عمقی‌تر این لیزر به درم، نسبت به لیزر یاقوت برای استفاده در پوست‌های تیره ایمن‌تر بود.
در سال ۱۹۹۸، Dierickx و همکاران تأثیر لیزر دیود با طول موج۸۰۰nm را در فتواپیلاسیون اعلام کردند. با استفاده از پالس‌هایی با پهنای متفاوت، محققان توانستند به یک تأخیر ۹ ماهه‌ی چشمگیر در رشد مجدد مو بعد از ۱ یا ۲ جلسه‌ی درمانی دست یابند. در یک بررسی آینده‌نگر که در سال ۲۰۰۰ منتشر شد، Lou و همکاران به یک کاهش چشمگیر در تعداد موها که ۶ ماه بعد از فقط ۲ جلسه‌ی درمانی دوام داشت دست یافتند. سیستم‌های دیود جدید به استفاده کننده اجازه‌ی تعیین مدت پالس و رنگ پوست و مو را می‌داد.
لیزرهای Nd:YAG با پالس طولانی، برخلاف انواع QS قدیمیشان، زمان پالس نزدیک‌تری 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 زمینه‌ی اپیلاسیون قسمت‌های 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 جلسه‌ی درمانی با استفاده از لیزر QS Nd:YAG با طول پالس ۳۰ میلی‌ثانیه نشان دادند.
منابع غیر لیزری نور، با طیف طول موج‌هایی که به وسیله‌ی یک فیلتر قطع کننده تنظیم می‌شوند، نیز در فتواپیلاسیون مورد بررسی قرار گرفت. اولین مورد استفاده از تکنولوژی IPL (نور با پالس‌شدید) 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 جلسه‌ی درمانی رسیدند.

دکتر رضا قادری
پوست

منبع : هفته نامه پزشکی امروز