Aplicación de láser en la medicinaNeurocirugía

Iván Hernández Romano

Dr. Carlos Treviño

Historia del Láser

Albert Einstein ideo los conceptos de emisión espontánea, emisión estimula, en 1916.

Charles H. Townes James P. Gordon and Herbert J. Zeiger, en 1953, produjeron el primer MASER.

Townes, Basov and Prokhorov compartieron el Premio Novel en Física por su trabajo en electrónica cuantiíta, en 1964.

Absorción, Emisión Espontánea y EstimuladaAbsorción Emisión espontánea

Cavidades Láser

La cavidad láser realiza varias funciones: el almacenamiento de energía, la retroalimentación, la selección de frecuencia.

Bombeo

Tipos de Bombeos

Óptico Electrones Un horno térmico.

Una reacción química

Partículas pesadas

Radiación Ionizante

Una lámpara de descarga (incoherente)

Una descarga de gas (dc, RF, pulsado).

Una quemadura química (una flama)

Rayos iónicos

Una bomba nuclear

Otro láser (coherente).

Un rayo de electrones energético (>500kV).

Una rápida quemadura (una explosión)

Productos de fisión de un ambiente de reactor nuclear

Una fuente de rayos X.

Medios de Ganancia

Cristales dopados con iones de tierras raras (e.g. neodimio, iterbio, o erbio) o iones de metal de transición (e.g. titanio o cromo), más a menudo YAG (yttrium aluminium garnet ), YVO4 (yttrium orthovanadate) , zafiro, o niobato de litio.

Vidrios: silicato o fosfato de vidrio, también dopados con alguno ion activo.

Gases: mezcla helio y neón, nitrógeno, argón, monóxido de carbono , dióxido de carbono , o metal vapor

Semiconductor: arseniuro de galio (gaAs), arseniuro indio galio (InGaAs), o nitruro de galio (GaN)

Líquido: soluciones con tinte

Usos del láser en Medicina.

En la neurocirugía, el láser se utiliza para operar estructuras delicadas del cerebro, como el nervio óptico. También se pueden quemar papilomas (tumores benignos de la laringe) y extirpar lesiones precancerosas en la boca sin que se pierda mucha sangre o sin dejar cicatrices.

Para ablación con daño térmico despreciable se usa Er:Yag de alta potencia con pulsos muy pequeños.

Neurocirugía

Enfermedades que trata la neurocirugía:Desórdenes del cerebro, de meninges, de la base del cráneo, de la médula espinal, de los nervios craneales.

Historia del láser de CO2 en la Neurocirugía.

Rosomoff y Carroll fueron los primeros en enfocar un rayo láser de rubí pulsado sobre tumores en el cerebro, aun que no removieron ninguno, en 1966.

En 1967 se introduce el láser de CO2 de onda continua.

Stellar y su equipo mostró que se pueden hacer incisiones precisas con el láser de CO2. Fueron los primeros en vaporizar un glioblastoma.

Asher y Heppner realizaron 250 intervenciones usando un láser de CO2, incluyendo 200 tumores cerebrales y 13 spinal cord tumors, de 1976 a 1979.

Primer Congreso de Neurocirugía Láser se hizo en Chicago en 1981.

Cooper model 500Z CO2

The spot size can be varied from 0.8 to 3.5 mm.The laser power from 1 to 50 W at the treatment site in increments of 1 W.

Láser de CO2

El láser de CO2 tiene una penetración de 10μm en agua. Realiza cortes de tejido suave como la piel, aorta, tejido intestinal. Realiza operaciones tales como pelar, cortar y vaporizar tejidos

finos suaves. Su radiación no puede ser transmitida por una guía de onda, por lo cual

sólo se aplica superficialmente.

Características de otros laseres

Laser Ion Argón Glasscock y su equipo

fueron los primeros en usar un láser de argon para remover vestibular schwannomas.

Se usa para micro-cirugía ya que el tamaño del spot es de 0.15 to 1.5 mm.

Láser Nd:YAG. Tiene una absorción

selectiva para la sangre y las venas.

El láser de Nd:YAG penetra más y tiene efectos más notables en los tejidos vasculares. Produce una mejor coagulación.

En 1985 se trataron 32 pacientes con tumores en el cerebro, se presentaron cinco complicaciones.

Diferentes índices de refracción en los tejidos

Fenómenos que aparecen en la interacción láser y los tejidos.

Reflexión y Absorción

La ventana terapéutica (therapeutic window) se extiende desde los 600 a los 1300nm. Desde la región naranja del espectro visible hasta el NIR

Absorción

Absorption length,

Absorption coefficient

Absorption cross section σa

ρ is the number density of absorbers.

Pabs is the amount of power absorbed.

ελis the molar extension coefficient [cm2 · mol–1] at wavelength.

a [mol · cm–3] is the molar concentration of the absorption species.

z is the thickness [cm].

Coeficientes de absorción para varios tejidos del cerebro

Esparcimiento

Regimen de Mie: λ es aproximadamente del tamaño del objeto.

Regimen de Rayleight: λ es mucho mayor que el tamaño del objeto.

Los elementos de esparcimiento más importantes son la mitocondria y los organelos.

Calentamiento del tejido.

Otro tipo de interacción es la generación de plasma y ondas eléctricas. Esto sucede cuando un área de tejido se expone a pulsos láser de alta potencia. Las ondas eléctricas remueven el tejido duro

Ventajas de usar el láser

Tamaño pequeño que facilita su manejo. Evita el contacto físico que puede dañar a

los tejidos. Los laseres quirúrgicos se diseñan para

reducir el dolor, el sangrado, la posibilidad de una infección, la inflamación. Y ayudan en la recuperación post-operatoria.

REFERENCIAS

Mobley Joel, Vo-Dinh Tuan, Biomedical Photonics HAND BOOK, Editor en jefe Tuan Vo-Dinh, Editorial CRC PRESS.

http://www.rp-photonics.com/encyclopedia.html http://www.tambcd.edu/cedental/lasetiss.htm