Lasers em cirurgia plástica

No início do século passado, em uma publicação intitulada "Teoria quântica da radiação", Einstein teoricamente fundamentou os processos que devem ocorrer quando o laser emite energia. Maiman construiu o primeiro laser em 1960. Desde então, o rápido desenvolvimento da tecnologia laser, levando à criação de uma variedade de lasers, abrangendo todo o espectro eletromagnético. Em seguida, eles se fundiram com outras tecnologias, incluindo sistemas de visualização, robótica e computadores, para melhorar a precisão da transmissão de radiação laser. Como resultado da cooperação no campo da física e da bioengenharia, os laseres médicos como agentes terapêuticos tornaram-se uma parte importante do arsenal de cirurgiões. Inicialmente, eram pesados e eram usados apenas por cirurgiões que eram especialmente treinados na física de lasers. Ao longo dos últimos 15 anos, o projeto de lasers médicos avançou na direção da facilidade de uso, e muitos cirurgiões estudaram os conceitos básicos de física do laser na educação pós-graduada.

Este artigo discute: a biofísica de lasers; interação de tecidos com radiação laser; Dispositivos atualmente utilizados em cirurgia plástica e reconstrutiva; requisitos gerais de segurança para trabalhar com lasers; questões sobre a aplicação adicional de lasers em intervenções na pele.

Biofísica de lasers

Lasers emitem energia de luz, que se move na forma de ondas semelhantes à luz comum. O comprimento de onda é a distância entre duas alturas de onda adjacentes. A amplitude é a magnitude do máximo, determina a intensidade da radiação luminosa. A freqüência, ou o período da onda de luz, é o tempo necessário para um ciclo de onda completo. Para entender o efeito de um laser, é importante considerar a mecânica quântica. O termo "laser" (LASER) é uma abreviatura da frase "amplificação da luz por emissão estimulada de radiação". Se um fóton, uma unidade de energia de luz, colide com um átomo, ele transfere um dos elétrons do átomo para um nível de energia maior. O átomo em um estado tão excitado torna-se instável e libera novamente um fóton quando o elétron passa para o nível de energia inicial e mais baixo. Este processo é conhecido como emissão espontânea. Se um átomo estiver em um estado de alta energia e colide com outro fóton, então, após a transição para um nível de baixa energia, alocará dois fótons com o mesmo comprimento de onda, direção e fase. Este processo, chamado de emissão estimulada de radiação, está subjacente à compreensão da física do laser.

Independentemente do tipo, todos os lasers têm quatro componentes principais: um mecanismo excitante ou uma fonte de energia, um meio a laser, uma cavidade óptica ou um ressonador e um sistema de ejeção. A maioria dos lasers médicos utilizados na cirurgia plástica facial possui um mecanismo de excitação elétrica. Alguns laser (por exemplo, um laser de corante excitado por uma lâmpada flash) usam luz como mecanismo de excitação. Outros podem usar ondas de rádio de alta energia ou reações químicas para fornecer energia de excitação. O mecanismo excitador bombeia energia para uma câmara ressonante contendo um meio laser, que pode ser um material sólido, líquido, gasoso ou semi-condutor. A energia descarregada na cavidade do ressonador eleva os elétrons dos átomos do meio laser para um nível de energia mais elevado. Quando a metade dos átomos no ressonador atinge alta excitação, ocorre a inversão da população. A emissão espontânea começa quando os fótons são emitidos em todas as direções e alguns deles colidem com átomos já excitados, o que leva à emissão estimulada de fotones par. A amplificação da emissão estimulada ocorre quando os fótons movendo-se ao longo do eixo entre os espelhos são refletidos principalmente para a frente e para trás. Isso leva à estimulação sucessiva, já que esses fótons colidem com outros átomos excitados. Um espelho tem reflexo de 100%, e o outro - transmite parcialmente a energia irradiada da câmara da cavidade. Essa energia é transferida para os tecidos biológicos pelo sistema de ejeção. Na maioria dos lasers é de fibra óptica. Uma exceção notável é o laser C02, que possui um sistema de espelhos em uma barra articulada. Para o laser C02 existem fibras ópticas, mas limitam o tamanho do ponto e a energia de saída.

A luz do laser em comparação com a luz comum é mais organizada e qualitativamente intensiva. Uma vez que o meio laser é homogêneo, os fótons emitidos sob emissão estimulada têm um comprimento de onda, o que cria monocromática. Geralmente, a luz difunde-se fortemente à medida que se afasta da fonte. A luz laser é colimada: ela se dissipa pouco, proporcionando intensidade constante de energia a uma grande distância. Os fotões da luz laser não só se movem em uma direção, eles têm a mesma fase temporal e espacial. Isso é chamado de coerência. As propriedades da monocromática, colimação e coerência distinguem a luz laser da energia desordenada da luz comum.

Interação laser-tecido

O espectro dos efeitos do laser nos tecidos biológicos se estende desde a modulação das funções biológicas até a evaporação. A maioria das interações laser-tecido clinicamente utilizadas envolvem coagulação térmica ou evaporação. No futuro, os lasers podem ser usados não como fontes de calor, mas como sondas para controlar funções celulares sem efeitos colaterais de efeitos citotóxicos.

O efeito de um laser comum no tecido depende de três fatores: absorção de tecido, comprimento de onda do laser e densidade de energia do laser. Quando um raio laser colide com um tecido, sua energia pode ser absorvida, refletida, transmitida ou dispersa. Com qualquer interação de tecido e laser, os quatro processos ocorrem em graus variados, dos quais a absorção é a mais importante. O grau de absorção depende do conteúdo do cromóforo no tecido. Os cromóforos são substâncias que absorvem efetivamente ondas de certo comprimento. Por exemplo, a energia do laser de CO2 é absorvida pelos tecidos moles do corpo. Isso se deve ao fato de que o comprimento de onda correspondente ao C02 é bem absorvido por moléculas de água, que constituem até 80% dos tecidos moles. Em contraste, o laser C02 é minimamente absorvido pelo osso, devido ao baixo teor de água no tecido ósseo. Inicialmente, quando o tecido absorve a energia do laser, suas moléculas começam a vibrar. A absorção de energia adicional causa desnaturação, coagulação e, finalmente, evaporação da proteína (vaporização).

Quando a energia do laser é refletida pelo tecido, o último não está danificado, uma vez que a direção da radiação na superfície muda. Além disso, se a energia do laser passa através dos tecidos da superfície na camada profunda, o tecido intermediário não é afetado. Se o raio laser se dissipa no tecido, a energia não é absorvida na superfície, mas distribuída aleatoriamente nas camadas profundas.

O terceiro fator relativo à interação de tecidos com laser é a densidade de energia. Quando o laser eo tecido interagem, quando todos os outros fatores são constantes, mudar o tamanho do ponto ou o tempo de exposição pode afetar o estado do tecido. Se o tamanho da mancha do raio laser diminuir, o poder que atua em determinado volume de tecido aumenta. Por outro lado, se o tamanho do ponto aumentar, a densidade de energia do raio laser diminui. Para alterar o tamanho do ponto, você pode focar, pré-foco ou desfocar o sistema de ejeção no tecido. Com o prefocus e o desfocagem dos raios, o tamanho do ponto é maior que o feixe focado, o que resulta em uma menor densidade de potência.

Outra maneira de mudar os efeitos do tecido é a pulsação da energia do laser. Todos os modos de pulso de períodos intermitentes de radiação são ligados e desligados. Uma vez que a energia não atinge o tecido durante os períodos de desligamento, é possível dissipar o calor. Se os períodos de desligamento forem superiores ao tempo de relaxação térmica do tecido alvo, a probabilidade de danos ao tecido circundante pela condutividade térmica diminui. O tempo de relaxamento térmico é a quantidade de tempo necessária para dissipar a metade do calor de um objeto. A proporção da duração do intervalo ativo para a soma dos intervalos de pulsação ativa e passiva é chamada de ciclo de trabalho.

Ciclo de operação = ligado / ligado + desligado

Existem vários modos de pulso. A energia pode ser produzida em lotes, definindo o período em que o laser emite (por exemplo, OD c). A energia pode se sobrepor quando uma onda constante é bloqueada em certos intervalos por um obturador mecânico. No modo super-pulso, a energia não é simplesmente bloqueada, mas armazenada na fonte de energia do laser durante o período de desligamento e, em seguida, ejetada durante o período de tempo. Ou seja, o pico de energia no modo de super-pulso é significativamente maior do que no modo constante ou modo de sobreposição.

Em um laser que gera o regime de pulso gigante, a energia também é conservada durante o período de desligamento, mas em um ambiente laser. Isto é conseguido usando um mecanismo de amortecimento na câmara de cavidade entre os dois espelhos. Uma aba fechada evita a geração no laser, mas permite que a energia seja armazenada em cada lado da aba. Quando a aba está aberta, os espelhos interagem, causando a formação de um feixe de laser de alta energia. O pico de energia de um laser que gera no regime de pulso gigante é muito alto com um ciclo operacional curto. Um laser com modos sincronizados é semelhante a um laser que gera no modo pulso gigante, na medida em que é fornecido um amortecedor entre os dois espelhos na câmara da cavidade. Um laser com modos sincronizados abre e fecha seu amortecedor em sincronia com o tempo necessário para refletir luz entre dois espelhos.

Características de lasers

• Laser de dióxido de carbono

O laser de dióxido de carbono é mais frequentemente utilizado em otorrinolaringologia / cirurgia de cabeça e pescoço. O comprimento de sua onda é de 10,6 nm - uma onda invisível da região do infravermelho distante do espectro de radiação eletromagnética. A orientação ao longo do feixe de um laser de néon de hélio é necessária para que o cirurgião veja a área de influência. O meio laser é C02. Seu comprimento de onda é bem absorvido pelas moléculas de água no tecido. Os efeitos são superficiais devido à alta absorção e dispersão mínima. A radiação só pode ser transmitida através de espelhos e lentes especiais colocadas em uma barra articulada. A barra de manivela pode ser anexada ao microscópio para trabalho de precisão sob ampliação. A energia também pode ser ejetada através de um punho de focagem ligado à barra de dobradiça.

• Nd: YAG laser

O comprimento de onda do laser Nd: YAG (granito de ítrio e alumínio com neodímio) é de 1064 nm, ou seja, está na região do infravermelho próximo. É invisível para o olho humano e requer um feixe de laser de hélio e néon sugestivo. O meio a laser é granada de ítrio e alumínio com neodímio. A maioria dos tecidos corporais não absorve bem esse comprimento de onda. No entanto, o tecido pigmentado absorve-o melhor do que o não pigmentado. A energia é transmitida pelas camadas superficiais da maioria dos tecidos e é dispersa em camadas profundas.

Comparado com um laser de dióxido de carbono, a dispersão de Nd: YAG é muito maior. Portanto, a profundidade de penetração é maior e Nd: YAG é adequado para a coagulação de vasos profundos. No experimento, a profundidade máxima de coagulação é de cerca de 3 mm (temperatura de coagulação +60 ° C). Foram relatados bons resultados de tratamento de formações capilar e cavernosa perioral profunda com a ajuda do laser Nd: YAG. Há também um relatório sobre a fotocoagulação a laser bem-sucedida com hemangiomas, linfangiomas e formações congênitas arteriovenosas. No entanto, uma maior profundidade de penetração e destruição indiscriminada predispõem a um aumento na cicatrização pós-operatória. Clinicamente, isso é minimizado por configurações de energia seguras, uma abordagem pontual para o surto e evitar áreas de pele. Na prática, o uso de um laser Nd: YAG vermelho escuro foi praticamente substituído por lasers com um comprimento de onda situado na parte amarela do espectro. No entanto, ele é usado como um laser auxiliar para formações nodais de cor vermelha escura (cor da porta).

Demonstrou-se que o laser Nd: YAG inibe a produção de colágeno, tanto na cultura de fibroblastos quanto na pele normal in vivo. Isso sugere o sucesso deste laser no tratamento de cicatrizes hipertróficas e queloides. Mas, clinicamente, a freqüência de recidiva após os queloides é alta, apesar do poderoso tratamento local adicional com esteróides.

• Contato Nd: YAG laser

O uso do laser Nd: YAG no modo de contato altera significativamente as propriedades físicas e a absorção da radiação. A ponta de contato consiste em um cristal de safira ou quartzo, diretamente ligado à extremidade da fibra a laser. A ponta de contato interage diretamente com a pele e atua como um bisturi térmico, cortando e coagulando simultaneamente. Há relatos sobre o uso de uma dica de contato com uma ampla gama de intervenções em tecidos moles. Essas aplicações estão mais próximas da eletrocoagulação do que o Nd: YAG sem contato. Basicamente, os cirurgiões agora usam os comprimentos de onda específicos do laser não para cortar tecidos, mas para aquecer a ponta. Portanto, os princípios de interação do laser com os tecidos não são aplicáveis aqui. O tempo de resposta ao laser de contato não é uma função tão direta como quando se usa uma fibra livre e, portanto, há um período de latência para aquecimento e resfriamento. No entanto, com a experiência, este laser torna-se conveniente para alocação de enxertos de pele e músculo.

• Laser de argônio

O laser de argônio emite ondas visíveis com um comprimento de 488-514 nm. Devido ao design da câmara da cavidade e da estrutura molecular do meio a laser, este tipo de laser produz uma faixa de longo comprimento de onda. Os modelos individuais podem ter um filtro que limita a radiação para um único comprimento de onda. A energia do laser de árgon é bem absorvida pela hemoglobina, e sua dispersão é intermediária entre o dióxido de carbono e o laser Nd: YAG. O sistema de radiação para um laser de argônio é um suporte de fibra óptica. Devido à grande absorção pela hemoglobina, as neoplasias vasculares da pele também absorvem a energia do laser.

• Laser KTP

O laser de KTP (potássio de titanil fosfato) é um laser Nd: YAG cuja freqüência é duplicada (o comprimento de onda é dividido pela metade) passando a energia do laser através do cristal KT. Isso dá luz verde (comprimento de onda 532 nm), o que corresponde ao pico de absorção da hemoglobina. Sua penetração nos tecidos e espalhamento é semelhante à de um laser de argônio. A energia do laser é transferida por fibra. Em modo sem contato, o laser evapora e coagula. No modo semi-contato, a ponta da fibra quase não toca o tecido e se torna uma ferramenta de corte. Quanto mais energia é usada, mais o laser atua como uma faca térmica, semelhante a um laser de ácido carbono. Instalações com menor energia são usadas principalmente para coagulação.

• Um laser de corante excitado por uma lâmpada de flash

O laser de corante excitado pela lâmpada de flash foi o primeiro laser médico especialmente desenvolvido para tratar neoplasias vasculares benignas da pele. Este é um laser de luz visível com um comprimento de onda de 585 nm. Esse comprimento de onda coincide com o terceiro pico de absorção por oxihemoglobina e, portanto, a energia deste laser é predominantemente absorvida pela hemoglobina. Na faixa de 577-585 nm, também há menos absorção por cromóforos concorrentes, como a melanina, e menos dispersão de energia laser na derme e na epiderme. O meio a laser é a rodamina de corante, que é excitada opticamente por uma lâmpada de flash, e o sistema de radiação é um suporte de fibra óptica. A ponta do laser de corante tem um sistema de lente substituível, que permite criar um tamanho de ponto de 3, 5, 7 ou 10 mm. O laser pulsa com um período de 450 ms. Este índice de pulsação foi escolhido com base no tempo de relaxamento térmico dos vasos ectaicos encontrados nas neoplasias vasculares benignas da pele.

• Laser de vapor de cobre

Um laser de vapor de cobre produz radiação visível com dois comprimentos de onda separados: uma onda verde pulsada de 512 nm de comprimento e uma onda amarela pulsada de 578 nm de comprimento. O meio laser é o cobre, que está excitado (evaporado) eletricamente. O sistema fibra-fibra transfere a energia para a ponta, que tem um tamanho de ponto variável de 150-1000 μm. O tempo de exposição varia de 0,075 s a uma constante. O tempo entre pulsos também varia de 0,1 s a 0,8 s. A luz laser de vapor de cobre amarelo é usada para tratar lesões vasculares benignas no rosto. A onda verde pode ser usada para tratar formações pigmentadas como sardas, lentigo, nevos e ceratose.

• Laser de corante amarelo não amortecido

Um laser de corante amarelo com uma onda não amassada é um laser de luz visível produzindo luz amarela com um comprimento de onda de 577 nm. Como um laser em um corante, excitado por uma lâmpada de flash, é sintonizado alterando o corante na câmara de ativação do laser. O corante é excitado por um laser de árgon. O sistema de ejeção para este laser também é cabo de fibra óptica, que pode ser focado em diferentes tamanhos de pontos. A luz laser pode pulsar usando um obturador mecânico ou uma ponta Hexascanner anexada ao fim do sistema de fibra óptica. Hexascanner dirige aleatoriamente pulsos de energia laser dentro do contorno hexagonal. Como um laser de corante excitado por uma lâmpada de flash e um laser de vapor de cobre, um laser de corante amarelo com onda não amolecida é ideal para tratar lesões vasculares benignas no rosto.

• Laser de Erbium

Erbium: O laser UAS usa uma faixa de espectro de absorção com água de 3000 nm. O seu comprimento de onda de 2940 nm corresponde a este pico e é fortemente absorvido pela água do tecido (cerca de 12 vezes maior do que o laser de dióxido de carbono). Este laser, que emite no espectro do infravermelho próximo, é invisível para os olhos e deve ser usado com um feixe de guia visível. O laser é bombeado por uma lâmpada flash e emite macro-pulsos de 200-300 μs de duração, que consistem em uma série de micropulse. Esses lasers são usados com uma ponta anexada à barra de dobradiça. Um dispositivo de varredura também pode ser integrado no sistema para uma remoção mais rápida e uniforme do tecido.

• Laser Ruby

Laser Ruby - um laser bombeado por uma lâmpada pulsada que emite luz com um comprimento de onda de 694 nm. Este laser, localizado na região vermelha do espectro, é visível com o olho. Pode ter um obturador laser para produzir pulsos curtos e conseguir uma penetração mais profunda no tecido (mais de 1 mm). Um laser de rubi de pulso longo é usado para aquecer os folículos pilosos preferencialmente durante a depilação a laser. Esta radiação laser é transmitida por meio de espelhos e o sistema de uma haste articulada. É mal absorvido pela água, mas fortemente absorvido pela melanina. Os diferentes pigmentos utilizados para tatuagens também absorvem raios com um comprimento de onda de 694 nm.

• Laser Alexandrite

O laser Alexandrite, um laser de estado sólido que pode ser inflado por uma lâmpada flash, tem um comprimento de onda de 755 nm. Este comprimento de onda, localizado na parte vermelha do espectro, não é visível aos olhos e, portanto, requer um feixe guia. É absorvido por pigmentos azuis e pretos para tatuagens, bem como melanina, mas não hemoglobina. Este é um laser relativamente compacto que pode transmitir radiação através de uma fibra flexível. O laser penetra relativamente profundo, o que o torna conveniente para remover o cabelo e as tatuagens. O tamanho do local é de 7 e 12 mm.

• Laser de diodo

Recentemente, os diodos em materiais supercondutores foram diretamente acoplados com dispositivos de fibra óptica, o que levou à emissão de radiação laser com diferentes comprimentos de onda (dependendo das características dos materiais utilizados). Os lasers de diodo são distinguidos pelo seu desempenho. Eles podem transferir a energia elétrica entrante para a luz com uma eficiência de 50%. Esta eficiência, associada a menos geração de calor e potência de entrada, permite que lasers com diodos compactos tenham um design desprovido de grandes sistemas de refrigeração. A luz é transmitida de fibra óptica.

• Lâmpada de Impulso Filtrada

A lâmpada de pulso filtrada usada para depilação não é um laser. Pelo contrário, é um espectro de impulsos intenso e incoerente. Para a emissão de luz com um comprimento de onda de 590-1200 nm, o sistema usa filtros de cristal. A largura e a densidade integral do pulso, também variável, satisfazem os critérios para a fototermólise seletiva, que coloca este dispositivo em par com o lasers de remoção de pêlos.

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