تاریخچه لیزر

مقدمه:

درسال1966، 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 آینده‌ای 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. هرچند که تمام تفکراتMaiman به حقیقت نپیوست، اما اختراع او باعث اعجاب همگان و الهام‌بخش بسیاری از دانشمندان گردید. درمان با لیزر یکی‌از زمینه‌های در‌حال‌رشد سریع در تکنولوژی پزشکی است. این خلاصه‌ی کوتاه از تاریخچه لیزر، مبدأ و تکامل لیزرهای مورد‌استفاده در درماتولوژی را با تأکید بیشتر بر دهه‌ی اخیر و آغاز هزاره‌ی سوم و قرن بیست‌و‌یکم مورد بررسی قرارمی‌دهد.

لیزرها در قبل از سال 2000 (قرن بیستم):

نظریه‌ی جدید و جالب «نیلز‌بور» در‌مورد ساختار اتم، یک زیر‌ساخت مهم برای فیزیک کوآنتوم ایجاد کرد. طبق نظریه‌ی بور اتم‌ها در حالت‌های پایداری هستند و در‌این زمان تابش انرژی ندارند. وقتی اتم از حالت برانگیخته به‌حالت پایدار باز می‌گردد، انرژی را در اندازه‌های گسسته یا کوآنتا quanta پخش می‌کند. براساس این تئوری‌ها، آلبرت انیشتین نظریه‌ی تقویت انرژی تابشی تحریک‌شده را به‌عنوان قسمتی از تئوری کوآنتوم خود در‌سال‌1917 منتشر کرد. تئوری انیشتین در‌سال1955 توسطGordon وTownes به‌حقیقت پیوست زمانی‌که آنها وسیله‌‌ای اختراع کردند که با استفاده از گاز آمونیاک به‌عنوان واسط‌ نوری، امواج کوتاه همگرا تولید می‌کرد. این دستگاه پیشرو ابزارهایی بود که امروزه به نام لیزر می‌شناسیم.

اولین لیزر حقیقی در سال 1959 توسط Maiman ساخته شد. انرژی ماکروویو توسط کریستال یاقوت تقویت می‌شد تا پرتوی نور قرمزی با طول موج nm 694 تولید شود.
مدت کوتاهی پس‌از لیزر یاقوت، لیزرهای جامد دیگری مثل (Nd:YAG) تولید شد.

لیزر‌های گازی مثل آرگون، هیلوم، نئون و CO2 جایگزین‌هایی برای میله‌های شیشه‌ای جامد بودند و خوشبختانه در اینجا به نام پرافتخار یکی از دانشمندان ایرانی یعنی پروفسور علی جوان برمی‌خوریم که اولین کسی بود که لیزرهای گازی را ابداع کرد و باعث اعتلای نام ایران و ایرانی در زمینه‌ی علم لیزر شد.

اولین استفاده‌ی پزشکی لیزر در چشم‌پزشکی بود (برای ترمیم شبکیه در درمان دکولمان رتین) شهرت لیزر در درمان بیماری‌های پوستی مدیون فعالیت‌های دکتر Leon Goldman رئیس بخش پوست دانشگاه Cincinnati  می‌باشد. دکتر Goldman اولین پزشکی بود که از خصوصیات لیزر یاقوت در درمان خالکوبی استفاده کرد. نتیجه‌ای که وی در‌سال1965 منتشر کرد تنها اولین مقاله از سری مقالات او درمورد استفاده از لیزر در درمان بیماری‌های پوست بود. از دکتر Goldman در بسیاری از کمیته‌های درماتولوژی به‌عنوان «پدر لیزر در پزشکی و جراحی» یاد می‌شود.

همان‌طور‌که در همه‌ی تکنولوژی‌ها دیده می‌شود، پزشکانی که از اولین لیزرها استفاده می‌کردند با مشکلات زیادی مواجه شدنـد. لیـــزرهای اولیه مثل آرگون و CO2 یک پرتوی نور پیوسته تابش می‌کردند که اگرچه در تخریب هدف موثر بود اما بافت سالم اطراف را نیز برای مدت طولانی در‌معرض قرار‌می‌داد. نتیجه‌ی این تخریب همراه درجات بالا و غیر‌قابل‌قبول اسکار هیپرتروفیک و پیگمانتاسیون بود.

در‌جهت کاهش میزان تخریب ناخواسته گرمایی، امواج پیوسته لیزر بعداً با استفاده از یک دیافراگم مکانیکال جهت قطع پرتو نور، به‌صورت پالس شدند. لیزرهای به‌ظاهر پیوسته شامل پتاسیم، تیتانیل فسفات (nm‌532)، بخار‌مس ( nm‌510)، برومیـد مس (nm‌578)، کریپتون‌(nm‌568) و لیزرهای رنگی تنظیم‌پذیر (nm‌577 و nm‌585) بودند. از این لیزرهای به‌ظاهر پیوسته می‌توان در کنار وسایل اسکنینگ روباتیک که پالس‌های نور را به‌طور موقت از‌ هم جدا‌می‌کنند جهت به حداقل رساندن آسیب‌های بافتی ناخواسته استفاده شود.

لیزری با رنگ متفاوت: لیزرهای زرد رنگ

بسیاری از استفاده‌های اولیه‌ی لیزر در درماتولوژی بر درمان ضایعات‌عروقی مثل خال‌عروقی Port wine stain متمرکز بود. لیزرهای آرگون پیوسته اولیه (nm‌514 یا 488) یک نور سبز ـ‌ آبی تابش می‌کرد که جهت درمان ضایعات عروقی مورد‌استفاده قرار‌می‌گرفت ولی به‌طور مطلوب اکسی‌هموگلوبین را هدف قرارنمی‌داد و همچنین به‌میزان زیادی توسط ملانین جذب می‌شد. این عدم‌ اختصاصی‌بودن هدف سبب اثر ضعیف و یک اثر‌جانبی مضر شامل هیپوپیگمانتاسیون و اسکار می‌شد.

شناخت محدودیت‌های لیزر آرگون سبب تولید لیزرهای نور زرد شد که به پیک جذبی اکسی‌هموگلوبین نزدیک‌تر بودند. اولین لیزرهای نورد زرد، لیزرهای تنظیم‌پذیر پر شده با آرگون بودند که در سال 1981 از رنگ‌های ارگانیکی استفاده می‌کردند که برای تولید طول‌موج‌های مختلف نور به‌ویژه nm‌585‌ یا‌ nm‌577 قابل‌تنظیم بود. از لیزرهای رنگی تنظیم‌پذیر می‌شد هم به‌عنوان امواج پیوسته و هم دیافراگم‌دار جهت تولید پالس‌های نور زرد استفاده کرد.  

لیـزر رنــگی PDL و تـئوری فتوترمولیز انتخابی:

با استفاده همزمان از لیزر PDL در اوایل دهه‌ی‌1980 بود که Parrish , Anderson توانستند تئوری فتوترمولیز انتخابی را که جراحی پوستی لیزر را متحول کرد پیشرفت دهند.
Parrish , Anderson دریافتند که تخریب گرمایی بافت‌های سالم اطراف نتیجه تماس طولانی‌مدت با انرژی لیزر است. با انتخاب طول‌موج‌های 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 در‌حالی‌که آسیب گرمایی بافت‌های اطراف به حداقل می‌رسد.

PDL در آزمایشگاه Harvard’s Wellman توسط دکتر Anderson و دکتر Parrish در اوایل دهه‌ی 1980 تولید شد. تفاوت اصلی در این لیزر، انتقال نور زرد  در پالس‌های بسیار کوتاه در‌حد میکروثانیه بود. توانایی PDL در تخریب اهداف عروقی بسیار اختصاصی بود در حالیکه آسیب ساختمان‌های مجاور به حداقل رسیده بود که PDL را درمان مناسبی برای آسیب‌های عروقی در اطفال کرده‌بود. PDL در ابتدا برای تولید نور زرد با طول‌موج nm‌577 ایجاد شد، ولی بعد برای تخریب هدف‌های عمقی‌تر با افزایش طول‌موج به nm‌585 و افزایش مدت پالس از 360 به 450 میکروثانیه اصلاح شد.

در کنار PDL، لیزر بخار‌مس (nm‌578) برای درمان انتخابی ضایعات عروقی استفاده می‌شد. این لیزر نیز گروهی از امواج سبز با طول‌موج nm‌510 را که توسط ملانین جذب می‌شود تابش می‌کرد و در درمان ضایعات پیگمانته از آن استفاده شد. این امر موجب  شد که ضایعات بیشتری توسط این وسیله درمان شود.