Láser en cirugía plástica

A principios del siglo pasado, en una publicación titulada "Quantum Theory of Radiation", Einstein fundamentaba teóricamente los procesos que deben tener lugar cuando el láser emite energía. Maiman construyó el primer láser en 1960. Desde entonces, el rápido desarrollo de la tecnología láser, lo que lleva a la creación de una variedad de láseres, que cubren todo el espectro electromagnético. Luego se fusionaron con otras tecnologías, incluidos sistemas de visualización, robótica y computadoras, para mejorar la precisión de la transmisión de la radiación láser. Como resultado de la cooperación en el campo de la física y la bioingeniería, los láseres médicos como agentes terapéuticos se han convertido en una parte importante del arsenal de cirujanos. Inicialmente, eran engorrosos y solo los usaban cirujanos especialmente entrenados en la física de los láseres. En los últimos 15 años, el diseño del láser médico ha avanzado en la dirección de la facilidad de uso, y muchos cirujanos han estudiado los principios básicos de la física láser en la educación de posgrado.

Este artículo discute: la biofísica de los láseres; interacción de tejidos con radiación láser; dispositivos actualmente utilizados en cirugía plástica y reconstructiva; requisitos generales de seguridad para trabajar con láser; preguntas sobre la aplicación adicional de láser en intervenciones sobre la piel.

Biofísica de los láseres

Los láseres emiten energía luminosa, que se mueve en forma de ondas similares a la luz ordinaria. La longitud de onda es la distancia entre dos alturas de onda adyacentes. La amplitud es la magnitud del máximo, determina la intensidad de la radiación de luz. La frecuencia, o el período de la onda de luz, es el tiempo requerido para un ciclo de onda completo. Para comprender el efecto de un láser, es importante considerar la mecánica cuántica. El término "láser" (LASER) es una abreviación de la frase "amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación". Si un fotón, una unidad de energía de luz, colisiona con un átomo, transfiere uno de los electrones del átomo a un nivel de energía más alto. El átomo en tal estado excitado se vuelve inestable y de nuevo libera un fotón cuando el electrón pasa al nivel inicial de energía más bajo. Este proceso se conoce como emisión espontánea. Si un átomo está en un estado de alta energía y colisiona con otro fotón, entonces, al pasar a un nivel de baja energía, asignará dos fotones que tengan la misma longitud de onda, dirección y fase. Este proceso, llamado emisión estimulada de radiación, subyace a la comprensión de la física del láser.

Independientemente del tipo, todos los láseres tienen cuatro componentes principales: un mecanismo excitante o una fuente de energía, un medio láser, una cavidad óptica o un resonador y un sistema de eyección. La mayoría de los láseres médicos utilizados en cirugía plástica facial tienen un mecanismo de excitación eléctrica. Algunos lásers (por ejemplo, un láser de colorante excitado por una lámpara de flash) usan luz como mecanismo de excitación. Otros pueden usar ondas de radio de alta energía o reacciones químicas para proporcionar energía de excitación. El mecanismo excitador bombea energía a una cámara resonante que contiene un medio láser, que puede ser un material sólido, líquido, gaseoso o semiconductor. La energía descargada en la cavidad del resonador eleva los electrones de los átomos del medio láser a un nivel de energía más alto. Cuando la mitad de los átomos en el resonador alcanzan una excitación alta, se produce la inversión de la población. La emisión espontánea comienza cuando los fotones se emiten en todas las direcciones y algunos de ellos chocan con átomos ya excitados, lo que conduce a la emisión estimulada de pares de fotones. La amplificación de la emisión estimulada ocurre cuando los fotones que se mueven a lo largo del eje entre los espejos se reflejan principalmente hacia adelante y hacia atrás. Esto conduce a una estimulación sucesiva, ya que estos fotones colisionan con otros átomos excitados. Un espejo tiene una reflexión del 100% y el otro, transmite parcialmente la energía irradiada desde la cámara de la cavidad. Esta energía se transfiere a los tejidos biológicos por el sistema de eyección. En la mayoría de los láseres, es de fibra óptica. Una excepción notable es el láser C02, que tiene un sistema de espejos en una barra con bisagras. Para el láser C02 hay fibras ópticas, pero limitan el tamaño del punto y la energía de salida.

La luz del láser en comparación con la luz ordinaria es más organizada y cualitativamente intensiva. Dado que el medio láser es homogéneo, los fotones emitidos bajo emisión estimulada tienen una longitud de onda, lo que crea monocromaticidad. Usualmente, la luz se difunde fuertemente a medida que se aleja de la fuente. La luz láser está colimada: se disipa poco, proporcionando una intensidad constante de energía a una gran distancia. Los fotones de luz láser no solo se mueven en una dirección, sino que tienen la misma fase temporal y espacial. Esto se llama coherencia. Las propiedades de monocromaticidad, colimación y coherencia distinguen a la luz láser de la energía desordenada de la luz ordinaria.

Interacción láser-tejido

El espectro de los efectos del láser sobre los tejidos biológicos se extiende desde la modulación de las funciones biológicas hasta la evaporación. La mayoría de las interacciones láser-tejido utilizadas clínicamente implican coagulación térmica o evaporación. En el futuro, los láser pueden usarse no como fuentes de calor, sino como sondas para controlar funciones celulares sin efectos secundarios de efectos citotóxicos.

El efecto de un láser ordinario en el tejido depende de tres factores: la absorción del tejido, la longitud de onda del láser y la densidad de energía del láser. Cuando un rayo láser colisiona con un tejido, su energía puede ser absorbida, reflejada, transmitida o dispersa. Con cualquier interacción de tejido y láser, los cuatro procesos ocurren en diversos grados, de los cuales la absorción es la más importante. El grado de absorción depende del contenido del cromóforo en el tejido. Los cromóforos son sustancias que efectivamente absorben las ondas de cierta longitud. Por ejemplo, la energía del láser de CO2 es absorbida por los tejidos blandos del cuerpo. Esto se debe al hecho de que la longitud de onda correspondiente a C02 es bien absorbida por las moléculas de agua, que constituyen hasta el 80% de los tejidos blandos. Por el contrario, el láser C02 es absorbido mínimamente por el hueso, lo que se debe al bajo contenido de agua en el tejido óseo. Inicialmente, cuando el tejido absorbe la energía del láser, sus moléculas comienzan a vibrar. La absorción de energía adicional causa desnaturalización, coagulación y, finalmente, evaporación de la proteína (vaporización).

Cuando la energía del láser es reflejada por el tejido, este último no se daña, ya que la dirección de radiación en la superficie cambia. Además, si la energía del láser pasa a través de los tejidos de la superficie hacia la capa profunda, el tejido intermedio no se ve afectado. Si el rayo láser se disipa en el tejido, la energía no se absorbe en la superficie, sino que se distribuye aleatoriamente en las capas profundas.

El tercer factor relacionado con la interacción de los tejidos con un láser es la densidad de energía. Cuando el láser y el tejido interactúan, cuando todos los demás factores son constantes, cambiar el tamaño del punto o el tiempo de exposición puede afectar el estado del tejido. Si el tamaño de la mancha del rayo láser disminuye, la potencia que actúa sobre un cierto volumen de tejido aumenta. Por el contrario, si el tamaño del punto aumenta, la densidad de energía del rayo láser disminuye. Para cambiar el tamaño de la mancha, puede enfocar, preenfocar o desenfocar el sistema de expulsión de la tela. Con el enfoque y desenfoque previo de los rayos, el tamaño del punto es mayor que el del haz enfocado, lo que resulta en una densidad de potencia menor.

Otra forma de cambiar los efectos del tejido es la pulsación de la energía del láser. Todos los modos de pulso de radiación períodos intermitentes de encendido y apagado. Como la energía no llega al tejido durante los períodos de parada, es posible disipar el calor. Si los periodos de cierre son más largos que el tiempo de relajación térmica del tejido objetivo, la probabilidad de daño al tejido circundante por la conductividad térmica disminuye. El tiempo de relajación térmica es la cantidad de tiempo requerida para disipar la mitad del calor de un objeto. La relación entre la duración del espacio activo y la suma de los intervalos de pulsación activa y pasiva se denomina ciclo de trabajo.

Ciclo de funcionamiento = encendido / apagado + apagado

Hay varios modos de pulso. La energía puede ser producida en lotes al establecer el período en que el láser emite (p. Ej., DO c). La energía puede superponerse cuando una onda constante se bloquea en ciertos intervalos por un obturador mecánico. En el modo súper pulso, la energía no se bloquea simplemente, sino que se almacena en la fuente de energía del láser durante el período de apagado, y luego se expulsa durante el período de encendido. Es decir, la energía máxima en el modo de súper pulso es significativamente más alta que en el modo constante o el modo de superposición.

En un láser que genera en el régimen de pulso gigante, la energía también se conserva durante el período de parada, pero en un entorno láser. Esto se logra utilizando un mecanismo de compuerta en la cámara de la cavidad entre los dos espejos. Una aleta cerrada impide la generación en el láser, pero permite que se almacene energía en cada lado de la aleta. Cuando la aleta está abierta, los espejos interactúan, causando la formación de un rayo láser de alta energía. La energía máxima de un láser que se genera en el régimen de pulso gigante es muy alta con un ciclo operativo corto. Un láser con modos sincronizados es similar a un láser que se genera en el modo de pulso gigante, ya que se proporciona un amortiguador entre los dos espejos en la cámara de la cavidad. Un láser con modos sincronizados abre y cierra su amortiguador en sincronización con el tiempo que toma para reflejar la luz entre dos espejos.

Características de los láseres

• Láser de dióxido de carbono

El láser de dióxido de carbono se usa con mayor frecuencia en otorrinolaringología / cirugía de cabeza y cuello. La longitud de su onda es de 10.6 nm, una onda invisible de la región del infrarrojo lejano del espectro de radiación electromagnética. Se necesita orientación a lo largo del haz de un láser de helio-neón para que el cirujano pueda ver el área de influencia. El medio láser es C02. Su longitud de onda es bien absorbida por las moléculas de agua en el tejido. Los efectos son superficiales debido a la alta absorción y dispersión mínima. La radiación solo se puede transmitir a través de espejos y lentes especiales colocados en una barra con bisagras. La barra de manivela se puede unir al microscopio para un trabajo de precisión con aumento. La energía también se puede expulsar a través de un mango de enfoque unido a la barra de la bisagra.

• Láser Nd: YAG

La longitud de onda del láser de Nd: YAG (granate de itrio y aluminio con neodimio) es de 1064 nm, es decir, está en la región del infrarrojo cercano. Es invisible para el ojo humano y requiere un sugerente rayo láser de helio-neón. El medio láser es granate de itrio y aluminio con neodimio. La mayoría de los tejidos del cuerpo no absorben bien esta longitud de onda. Sin embargo, el tejido pigmentado lo absorbe mejor que el tejido no pigmentado. La energía se transmite a través de las capas superficiales de la mayoría de los tejidos y se dispersa en capas profundas.

En comparación con un láser de dióxido de carbono, la dispersión de Nd: YAG es mucho mayor. Por lo tanto, la profundidad de penetración es mayor y Nd: YAG es muy adecuado para la coagulación de vasos que mienten profundamente. En el experimento, la profundidad máxima de coagulación es de aproximadamente 3 mm (temperatura de coagulación +60 ° C). Se han reportado buenos resultados del tratamiento de las formaciones cavernosas y capilares periorales profundas con la ayuda del láser Nd: YAG. También hay un informe sobre la fotocoagulación con láser exitosa con hemangiomas, linfangiomas y formaciones congénitas arteriovenosas. Sin embargo, una mayor profundidad de penetración y destrucción indiscriminada predisponen a un aumento en la cicatrización postoperatoria. Clínicamente, esto se minimiza mediante configuraciones de energía segura, un punto de enfoque para el brote y la evitación de áreas de la piel. En la práctica, el uso de un láser rojo Nd: YAG fue prácticamente reemplazado por láser con una longitud de onda que se encuentra en la parte amarilla del espectro. Sin embargo, se utiliza como un láser auxiliar para formaciones nodales de color rojo oscuro (color del puerto).

Se ha demostrado que el láser de Nd: YAG inhibe la producción de colágeno, tanto en el cultivo de fibroblastos como en la piel normal in vivo. Esto sugiere el éxito de este láser en el tratamiento de cicatrices hipertróficas y queloides. Pero clínicamente, la frecuencia de recaídas después de queloides es alta, a pesar del potente tratamiento local adicional con esteroides.

• Contacte al láser Nd: YAG

El uso del láser Nd: YAG en el modo de contacto cambia significativamente las propiedades físicas y la capacidad de absorción de la radiación. La punta de contacto consiste en un cristal de zafiro o cuarzo, directamente unido al extremo de la fibra láser. La punta de contacto interactúa directamente con la piel y actúa como un bisturí térmico, cortando y coagulando simultáneamente. Hay informes sobre el uso de una punta de contacto con una amplia gama de intervenciones sobre tejidos blandos. Estas aplicaciones están más cerca de la electrocoagulación que la Nd: YAG sin contacto. Básicamente, los cirujanos ahora usan longitudes de onda específicas del láser no para cortar tejidos, sino para calentar la punta. Por lo tanto, los principios de interacción del láser con los tejidos no son aplicables aquí. El tiempo de respuesta al láser de contacto no es tan directo como cuando se utiliza una fibra libre, y por lo tanto hay un período de retraso para la calefacción y la refrigeración. Sin embargo, con la experiencia, este láser resulta conveniente para la asignación de injertos de piel y músculo.

• Láser de argón

El láser de argón emite ondas visibles con una longitud de 488-514 nm. Debido al diseño de la cámara de la cavidad y la estructura molecular del medio láser, este tipo de láser produce un rango de longitud de onda larga. Los modelos individuales pueden tener un filtro que limita la radiación a una sola longitud de onda. La energía del láser de argón es bien absorbida por la hemoglobina, y su dispersión es intermedia entre el dióxido de carbono y el láser Nd: YAG. El sistema de radiación para un láser de argón es un portador de fibra óptica. Debido a la gran absorción de la hemoglobina, las neoplasias vasculares de la piel también absorben la energía del láser.

• Láser KTP

El láser de KTP (fosfato de potasio y potasio) es un láser Nd: YAG cuya frecuencia se duplica (la longitud de onda se reduce a la mitad) al pasar energía láser a través del cristal KT. Esto da luz verde (longitud de onda 532 nm), que corresponde al pico de absorción de la hemoglobina. Su penetración en los tejidos y la dispersión es similar a la de un láser de argón. La energía láser se transfiere por fibra. En el modo sin contacto, el láser se evapora y se coagula. En el modo semi-contacto, la punta de la fibra apenas toca la tela y se convierte en una herramienta de corte. Cuanto más energía se usa, más actúa el láser como un cuchillo térmico, similar a un láser de ácido carbónico. Las instalaciones con menos energía se utilizan principalmente para la coagulación.

• Un tinte láser excitado por una lámpara de flash

El láser de colorante excitado por la lámpara de flash fue el primer láser médico desarrollado especialmente para tratar neoplasmas vasculares benignos de la piel. Este es un láser de luz visible con una longitud de onda de 585 nm. Esta longitud de onda coincide con el tercer pico de absorción de la oxihemoglobina y, por lo tanto, la energía de este láser es absorbida predominantemente por la hemoglobina. En el rango de 577-585 nm, también hay menos absorción por cromóforos competidores, como la melanina, y menos dispersión de la energía del láser en la dermis y la epidermis. El medio láser es colorante rodamina, que es excitado ópticamente por una lámpara de flash, y el sistema de radiación es un portador de fibra óptica. La punta del láser de colorante tiene un sistema de lente reemplazable, que permite crear un tamaño de punto de 3, 5, 7 o 10 mm. El láser pulsa con un período de 450 ms. Este índice de pulsación se eligió en función del tiempo de relajación térmica de los vasos ectásicos encontrados en neoplasmas vasculares benignos de la piel.

• Láser de vapor de cobre

Un láser de vapor de cobre produce radiación visible que tiene dos longitudes de onda separadas: una onda verde pulsada de 512 nm de longitud y una onda amarilla pulsada de 578 nm de longitud. El medio láser es cobre, que se excita (evapora) eléctricamente. El sistema de fibra de fibra transfiere energía a la punta, que tiene un tamaño de punto variable de 150-1000 μm. El tiempo de exposición varía desde 0.075 s hasta una constante. El tiempo entre pulsos también varía de 0.1 a 0.8 s. La luz láser amarilla de vapor de cobre se usa para tratar lesiones vasculares benignas en la cara. La ola verde se puede usar para tratar formaciones pigmentadas como pecas, lentigo, nevos y queratosis.

• Láser de tinte amarillo sin amortiguación

Un láser de colorante amarillo con una onda no amortiguada es un láser de luz visible que produce luz amarilla con una longitud de onda de 577 nm. Al igual que un láser en un tinte, excitado por una lámpara de flash, se ajusta cambiando el tinte en la cámara de activación del láser. El tinte es excitado por un láser de argón. El sistema de eyección de este láser también es un cable de fibra óptica que se puede enfocar en diferentes tamaños de punto. La luz del láser puede pulsar con un obturador mecánico o una punta Hexascanner unida al extremo del sistema de fibra óptica. Hexascanner dirige aleatoriamente impulsos de energía láser dentro del contorno hexagonal. Al igual que un láser de colorante excitado por una lámpara de destello y un láser de vapor de cobre, un láser de colorante amarillo con onda no amortiguada es ideal para tratar lesiones vasculares benignas en la cara.

• Láser de erbio

Erbio: el láser UAS utiliza una banda de espectro de absorción con agua de 3000 nm. Su longitud de onda de 2940 nm corresponde a este pico y es fuertemente absorbida por el agua del tejido (aproximadamente 12 veces más grande que el láser de dióxido de carbono). Este láser, que emite en el espectro infrarrojo cercano, es invisible para el ojo y debe usarse con un rayo guía visible. El láser es bombeado por una lámpara de flash y emite macro pulsos de 200-300 μs de duración, que consisten en una serie de micropulsos. Estos láseres se utilizan con una punta unida a la barra de la bisagra. También se puede integrar un dispositivo de escaneo en el sistema para una eliminación más rápida y uniforme del tejido.

• Láser de rubí

Láser de rubí: un láser bombeado por una lámpara pulsada que emite luz con una longitud de onda de 694 nm. Este láser, ubicado en la región roja del espectro, es visible con el ojo. Puede tener un obturador láser para producir pulsos cortos y lograr una penetración más profunda en el tejido (más de 1 mm). Se usa un láser de rubí de pulso largo para calentar preferencialmente los folículos capilares durante la depilación láser. Esta radiación láser se transmite por medio de espejos y el sistema de una barra con bisagras. Es poco absorbido por el agua, pero es fuertemente absorbido por la melanina. Los diferentes pigmentos utilizados para los tatuajes también absorben los rayos con una longitud de onda de 694 nm.

• Láser de Alejandrita

El láser de Alejandrita, un láser de estado sólido que se puede inflar con una lámpara de flash, tiene una longitud de onda de 755 nm. Esta longitud de onda, localizada en la parte roja del espectro, no es visible al ojo y por lo tanto requiere un rayo de guía. Es absorbido por los pigmentos azules y negros para los tatuajes, así como la melanina, pero no la hemoglobina. Este es un láser relativamente compacto que puede transmitir radiación sobre una fibra flexible. El láser penetra relativamente profundo, lo que lo hace conveniente para eliminar el vello y los tatuajes. El tamaño del punto es de 7 y 12 mm.

• Diodo láser

Recientemente, los diodos en materiales superconductores se acoplaron directamente con dispositivos de fibra óptica, lo que condujo a la emisión de radiación láser con diferentes longitudes de onda (dependiendo de las características de los materiales utilizados). Los láseres de diodo se distinguen por su rendimiento. Pueden transferir energía eléctrica entrante a la luz con una eficiencia del 50%. Esta eficiencia, asociada con una menor generación de calor y potencia de entrada, permite que los láseres de diodo compactos tengan un diseño sin sistemas de refrigeración grandes. La luz se transmite por fibra óptica.

• Lámpara de impulso filtrada

La lámpara de pulso filtrada utilizada para la depilación no es un láser. Por el contrario, es un espectro de impulsos intenso e incoherente. Para la emisión de luz con una longitud de onda de 590-1200 nm, el sistema usa filtros de cristal. El ancho y la densidad integral del pulso, también variable, satisfacen los criterios de fototermólisis selectiva, lo que sitúa a este dispositivo a la par con los láseres de depilación.

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