استفاده از مطالب اين صفحه تنها در صورت ذكر منبع ولينك اين سايت امكانپذير مي باشد

لیزرهای فراکشنال (Fractional lasers )

قبل از هر چیز به جهت فراهم ساختن بستر لازم جهت بحث مورد نظر اشاره ای مختصر به لیزر می گردد(توصیه مطالعه مبحث لیزر چیست در همین سایت)

لیزر به معنای تقویت نشر نور برانگیخته می باشد و از حروف اول این کلمات ساخته شده است:

                                                       Laser = Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation

این تقویت نور به وسیله تابش القایی از کنار هم قرار گرفتن ماده فعال، منبع انرژی و کاواک( محفظه تشدید) تولید می گردد که نهایتا ً منجر به تولید نوری با مشخصات زیر می شود:

1- تک فامیMono chromatic = : تمامی فوتون های نور لیزر دارای یک طول موج مشخص و فرکانس مشابه می باشد.  

2- همدوسیCoherency =  : در امواج نور لیزر اختلاف فاز وجود نداشته و تمامی امواج با هم گام بر می دارند، در صورتی که نور معمولی غیر همدوس است.

3- واگرایی بسیار کم : Low divergence = نور لیزر به صورت یک باریکه تقریبا“ موازی و نسبتا" مستقیم در مسیر معین منتشر شده و پراکنده نمی شود.

4- شدت بالاHigh intensity = : تمرکز تمامی فوتون های  نور لیزر در یک مقطع کوچک باعث درخشندگی و شدت بالا برای لیزر می گردد.

Selective Photothermolysis

تئوری Selective Photothermolysis برای اولین بار در سال 1982 معرفی شد.این تئوری به جذب انتخابی نور توسط کروموفورهای بافت بدن اشاره دارد؛ بدین ترتیب که هر کروموفور موجود در بافت های بدن ، طول موج خاصی از نور را بیش از سسایر طول موج ها جذب می کند لذا بر پایه همین توری ، می توان با تابش لیزری با طول موج مشخص، بدون آسیب به سایر بافت های بدن، کروموفور مورد نظر را مورد هدف قرار داد و بر حسب میزان انرژی اعمالی، تغییراتی را از Photostimulation    تا Photothermolysis  در آن ایجاد نمود.

 

کروموفورهای مهم پوست

نام کروموفور

طول‌موج‌هایی که بیشتر جذب می‌کند

ملانین

هموگلوبین

کلاژن

آب

محدوده UV و طیف مرئی

محدوده UVA و آبی (400 نانومتر)، سبز (561 نانومتر) و زرد (577nm)

طیف مرئی تا IR نزدیک

مادون قرمز میانه و دور

تئوری فوق موجب توسعه روزافزون لیزرها در پزشکی ، به ویژه در مبحث پوست و زیبایی شد و می توان گفت تقریبا همه لیزرهای این رشته بر اساس تئوری یاد شده و بر پایه جذب انتخابی نور توسط کروموفورهای هدف درون پوست یعنی ملانین،هموگلوبین،آب و کلاژن عمل می کنند. در ضمن در انتخاب لیزر برای کروموفورهای بیرونی(تاتوها) نیز از همین تئوری بهره گرفته می شود.

لیزرهای پوستی را از نظر نحوه عملکرد به دو گروه Ablative  و Nonablative تقسیم می کنند. لیزرهای Ablative با تبخیر و برداشتن لایه سطحی پوست(اپیدرم) کواگولاسیون سلول ها و دناتوره کردن پروتئین های خارج سلولی لایه بین اپیدرم و درم و آسیب غیر کشنده به سلول های لایه درم عمل می کنند. این لیزرها صد در صد لایه اپیدرم را بر میدارند و به همین دلیل دارای عوارض جانبی زیادی برای اعمال جوانسازی پوست بوده(علیرغم داشتن استاندادرها و تاییدیه های لازم) و به همین دلیل، استفاده از آن ها را در این خصوص محدود می کند. زیرا بیماران بعد از درمان بایستی مدتی که بعضاً چندین ماه طول می کشد تحت مراقبت های پزشکی باشند تا مراحل دوره  بهبود بیماری شامل ادم(ورم)،سوزش پوست،کبره بستن و...را پشت سر بگذارند.همچنین این بیماران مستعد عود آکنه، عفونت های هرپسی(تبخال)،اسکار(به ویژه اسکارهیپرپیگمنتیشن(تیره رنگ)و هیپویگمنتیشن(روشن) می باشند. لیزرهای nonablative معمولاً با حفظ اپیدرم عمل می‌کنند در نتیجه بروز عوارض به حداقل می‌رسد و بیمار نیاز به مراقبت زیاد بعد از درمان ندارد. ولی نیاز به جلسات درمانی بیشتری دارند.

به منظور رفع نقایص هر دو روش Ablative و Non-ablative ،فتوترمولیز فراکشنال در خدمت علم پزشکی قرار گرفت. این دستگاه ها نسبت به دستگاه های Non-ablative اثرات درمانی بهتر و نسبت به دستگاه های Ablative دوره بهبود  کوتاه و عوارض ناخواسته کمتری دارند.

تکنولوژی فراکشنال حاصل رویکرد جدیدی در پزشکی برای اعمال پرتو لیزر به نحوی متفاوت به پوست می باشد. این رویکرد به دلیل ریسک بالای احتمال بروز عوارض در لیزرهای Ablative ، در ذهن محقینی شکل گرفت که از سال 2001 به دنبال ساخت لیزری ایمن تر با عوارض جانبی کمتری برای پدیده پیری پوست(Aging ) بودند.

با توجه به اینکه نتایج درمانی لیزرهای Ablative حاصل پروسه طبیعی Healing است که به علت آسیب غیرکشنده به سلولهای لایه درم، تحریک و شروع می‌شود و عوارض آنها به دلیل برداشته شدن کامل اپیدرم بروز می‌یابند لذا محققان به دنبال روشی بودند که بتوانند ضمن تحریک پروسه طبیعی healing و استفاده از نتایج درمانی آن، لایه اپیدرم را حفظ نموده و از عوارض ناخواسته حاصل از آن بکاهند.

بدین منظور تئوریها و رویکردهای مختلفی شکل گرفت و مورد آزمایشات عملی قرار گرفت. یکی از این رویکردها، اعمال لیزر به صورت (MTZs) Micro-Thermal Zones بود؛ بدین ترتیب که به جای اعمال لیزر به صورت bulk (اکسپوز در کل سطح موضع درمان) و بخار کردن و برداشتن کل لایه‌های سطحی، پرتو لیزر با انرژی مناسبی، که بتواند تا عمق مورد نیاز نفوذ و اثر کند، به صورت پرتوهایی با قطر میکرونی و با فواصل میکرونی و منظم در موضع درمان اعمال شود و ستونهای ablative میکرونی یا ستونهای میکرونی thermal damage و یا همان MTZها را شکل دهد و از این طریق، ضمن تحریک پروسه Healing در موضع درمان، اپیدرم را در فواصل ستونهای میکرونی دست نخورده باقی گذارد و درمانگر را از بابت عواض احتمالی برداشته شدن اپیدرم آسوده سازد.

همین رویکرد منجر به ساخت سیستم‌هایی شد که امروزه لیزرهای Fractional نامیده می‌شوند و پرتو لیزر را به شرح یاد شده در فوق ،به پوست اعمال می‌کنند. اولین لیزر ساخته شده بر پایه این رویکرد، با نام لیزر Fraxel با طول موج 1540 نانومتر (Er:Glass) در سال 2003 به بازار معرفی شد که در واقع یک   Non-Ablative Fractional Photothermolysis  می باشد ولی به زودی اغلب کمپانی‌ها شروع به ارائه سیستم‌های fractional با انواع طول موج ها کردند که نهایتاً منجر به ساخت لیزرهای Ablative Fractional مانندFractional CO2 گشت.

این سیستم‌ها موفق به اخذ تأییدیه FDA برای رفع wrinkleها و ضایعات پیگمانته در سال 2004، برای انجام Resurfacing و درمان ملاسما در سال 2005 و برای رفع اسکار آکنه در سال 2006 شدند به طوریکه آمار انجمن جراحی پلاستیک زیبایی آمریکا (ASAPS) ، نشاندهنده رشد 4/8 درصدی درمان های fractional در سال 2009 نسبت به 2008 در بین اعضای آن است.

ساختار:

تکنولوژی  fractional در واقع فراهم کردن وسیله‌ای است که بتواند پرتو خروجی یک لیزر را به جای اعمال به صورت bulk ، به پرتو یا پرتوهایی با قطر میکرونی تبدیل و با کنترل‌های لازم در فواصل موردنظر و منظم به موضع درمان اعمال و موجب شکل‌گیری MTZها در موضع درمان شود. در واقع در این نوع دستگاه ها میکروسکوپیک بودن نقاط تخریب و وجود بافت های سالم در میان نقاط تحت درمان باعث می شوند فرایند ترمیم بسیار سریعتر از لیزرهای Ablative معمول انجام گیرد ضمن اینکه در مقایسه با سیستم های فرکشنال Non-Ablative اثرات بالینی قابل توجه و مطلوب تری همراه با ریسک کم تشکیل اسکار،حاصل می گردد. پارامترهایی که اندازه تخریب بافتی را تعیین می کنند عبارتند از طول موج، توان تنظیمی،اندازه نقاط،دانسیته سطحی ضایعه و روش انتقال اشعه (scanning یا Stamping ). سایر نکات مهمی که باید در فرایند درمان در نظر گرفته شوند شامل تعدادجلسات درمان، فواصل بین جلسات،تعداد دفعات در معرض اشعه قرار گرفتن و فاصله زمانی بین آنها         می باشد. طول موج های بین 1400 و 1600 نانومتر و نزدیک به محدوده مادون قرمز نزدیک جهت درمان Coagulation Fractional  ایده آل هستند چون توانایی نفوذ تا عمق درم را دارند. لیزرهای با طول موج 2940 نانومتر به علت جذب بالا توسط مولکول های آب در لیزرهای Ablative Fractional به کار می روند. این دستگاه ها می توانند یک ستون بافتی با حاشیه بافت منعقد شده را برداشت کنند. در این نوع تخریب، طول مدت بهبود نسبت به لیزرهای مادون قرمز نزدیک طولانی تر است اما مطالعات متعدد پاسخ درمانی موثرتر این روش را نشان داده اند.

سازندگان لیزرهای پزشکی برای ساختن چنین وسیله‌ای (سیستم‌های fractional ) عموماً از دو روش یا درواقع دو ساختار زیر استفاده می‌کنند:

Scanning :

در روش scanning پرتو لیزر پس از عبور از یک میکرولنز و تبدیل به پرتو میکرونی، توسط اسکنر با فرمت و فواصل موردنظر به موضع درمان اعمال می‌شود.

Stamping :

در روش Stamping از یک هندپیس حاوی تعداد زیادی میکرولنز (به طور مثال 80 یا 200 میکرولنز در یک سانتی‌متر مربع)، که در فواصل منظم کنار هم قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود. این هندپیس‌ها تعداد زیادی پرتو میکرونی را (بسته به تعداد میکرولنزها) به طور همزمان فراهم و با هر shot به موضع درمان اعمال می‌کند. هر کدام از روش‌های فوق دارای مزایای خاص خودشان هستند به طور مثال:

در سیستم اسکنر، شکل و سایز pattern درمان و فاصله MTZها (Pitchها) توسط کاربر قابل تنظیم‌اند و نیز می‌توان پرتو را به صورت منظم یا Random در موضع اعمال نمود. (در حالت Random احتمال بروز bulk heating کاهش می‌یابد).

در سیستم stamping نیز به علت تشکیل همزمان تعداد زیادی پرتومیکرونی، سرعت کار بالاست و انرژی اعمالی در موضع از یکنواختی بیشتری برخوردار است.

ولی با توجه به اینکه پارامترهای درمان (یعنی: Energy, Density, Coverage )، در استفاده از هر دو سیستم قابل تنظیم‌اند، بنابراین استفاده از سیستم scanning یا stamping محدودیتی برای کاربر ایجاد نمی‌کنند.

هر کدام از نقاط اعمال لیزر را MTZ (در برخی منابع Dot ) می‌گویند. MTZ مخفف

 Microscopic Treatment Zones یا Micro-Thermal Zones است. فاصله بین دو MTZ را Pitch می‌نامند.

پارامترهای مربوط به MTZها نظیر قطر، عمق و تعداد آنها در یک سانتی‌متر مربع، اساس برنامه‌ریزی همه پروتکل‌های درمانی لیزرهای fractional است به همین دلیل، در زیر، ضمن صرف نظر از پرداختن به فرمول‌های پیچیده ریاضی مرتبط، به توضیحی ساده و مختصر در مورد آنها و نحوه برنامه‌ریزی درمانها براساس آنها می‌پردازیم:

قطر MTZها تابع قطر پرتو لیزر، میزان انرژی آن و طول موج آن است و بسته به ساختار سیستم و پارامترهای درمان، معمولاً از 50 تا 400 میکرون متفاوت است. ساده‌ترین فرض این است که یک پرتو لیزر با قطر 50 میکرون، یک ستون MTZ به قطر 50 میکرون ایجاد می‌کند لیکن میزان جذب طول موج لیزر مورد استفاده توسط کروموفور هدف و نیز میزان انرژی تنظیم شده، می‌توانند اندازه قطر MTZهای ایجاد شده را افزایش یا کاهش دهند.

عمق نفوذ MTZها تابع میزان انرژی اعمالی و معمولاً از 25 میکرون تا یک و نیم میلی‌متر است. دانسیته یا تراکم MTZها (تعداد MTZها در هر سانتی‌مترمربع یا pass density ): همان تعداد میکرولنزها در هر سانتی‌مربع در هندپیس‌های مدل stamping یا تعداد پرتو تنظیم شده در هر سانتی مربع در مدلهای scanning است و معمولاً از 50 تا 250 و حتی بیشتر متفاوت است.

دانسیته (Density) یا تراکم درمان از ضرب تراکم MTZ ها در تعداد passها بدست می‌آید. به طور مثال اگر تراکم MTZها 250 باشد و درمان با چهار pass انجام شود دانسیته درمان مساوی با 100 خواهد شد. این پارامتر، بسته به پروتکل درمانی، به طور معمول از 400 تا 6400 تنظیم می‌شود.

میزان پوشش درمانی (Coverage) یعنی مساحت کل MTZهای تشکیل شده در موضع درمان، چند درصد کل مساحت موضع درمان است. میزان این پارامتر از تقسیم مساحت کل MTZها بر مساحت کل موضع درمان و ضرب آن در عدد صد بدست می‌آید و به طور معمول بسته به پروتکل درمان از 3 تا 25 درصد تنظیم می شود. شایان ذکر است در برخی سیستم‌ها این پارامتر تا 100 درصد هم قابل تنظیم است که در این صورت مانند لیزرهای Ablative عمل خواهد شد.

بدین ترتیب، با توجه به اینکه مساحت کل MTZها و عمق نفوذ آنها، که تعیین‌کننده درصد پوشش درمان و عمق درمان هستند، تحت تأثیر تراکم MTZها، تعداد passها و میزان انرژی است لذا می‌توان با تنظیم سه پارامتر فوق سطحی‌ترین تا عمقی‌ترین درمان را با Coverage یک تا بالاترین درصد ممکن برنامه‌ریزی نمود.

مطالب فوق صرفاً برای آگاهی دقیقتر از ساختار و نحوه عملکرد سیستم‌های fractional ارائه شد و برای کاربری آنها نیازی به یادگیری این مطالب نیست و سازندگان لیزرها به طور معمول محاسبات لازم را بعمل آورده و پروتکل‌های ساده‌ای را به ازاء هرکدام از کاربردهای دستگاه، از پیش تنظیم و در اختیار کاربران قرار می‌دهند لیکن دانستن آنها می‌تواند در درک بهتر درمان مؤثر باشد.

مکانیسم عمل:

همانطور که در مطالب قبلی اشاره شد لیزرهای Fractional براساس رویکرد Micro-Thermal Zones عمل کرده و با اعمال لیزر به صورت پرتوهای میکرونی در فواصل منظم، MTZها را شکل می‌دهد. MTZها ستونهای میکرونی هستند که در داخل آنها همان اتفاقی رخ می‌دهد که اگر همان لیزر در حالت bulk به موضع درمان اعمال می‌شد در همه موضع درمان رخ می‌داد. اما MTZها این اجازه را به درمانگر می‌دهند که بدون نگرانی از عوارض احتمالی اعمال bulk همان لیزر، آن را به صورت Fractional ، حتی با انرژی بالاتر به موضع درمان اعمال کند و در داخل ستونهای MTZ از اثرات درمانی آن بهره ببرد.

برخی مطالعات علمی، که بر روی فرآیندهای فیزیولوژیک بعد از درمان‌های resurfacing با لیزرهای Fractional انجام شده است، نشان داده‌اند که:

بعد از درمان، لایه Stratum Corneum تقریباً دست نخورده باقی می‌ماند و لذا به عنوان یک پانسمان بیولوژیک عمل کرده و ضمن کمک به RE- Epithelialization سریع، به عنوان مانعی برای ورود آلودگی‌های میکروبی عمل می‌کند.

همچنین یک پروسه healing سریع شروع شده و اپیدرم آسیب دیده (MEND (Micro Epidermal Necrotic Debris  را از داخل MTZها بیرون می‌ریزد این فرآیند موجب پوسته‌ریزی، حالت سمباده و رنگ برنزه سطح ناحیه درمان می‌شود.

پاسخ بیولوژیکی ایجاد شده دقیقاً دارای ویژگیهای کامل بهبود یک زخم است بدین ترتیب که سلولهای زاینده تحریک و شروع به باز تولید سلولهای آسیب‌دیده می‌کنند.

درواقع شوک حرارتی و مناطق کوآگوله شده مانند کلیدی برای روشن شدن فاکتور رشد بتا (TGF) عمل می‌کنند و بدین ترتیب ساخت کلاژن جدید را افزایش داده  و باعث Remodeling پوست می‌شوند بطوریکه MTZها ظرف 3 ماه به طور کامل با کلاژن جدید جایگزین می‌شوند.

کاربرد

اولین لیزرهای fractional بیشتر برای انجام resurfacing به بازار معرفی شدند بنابراین کاربردهای آنها نیز محدود به علائم Sun Damage ، Aging و مشکلاتی بود که با انجام resurfacing قابل درمان بودند ولی با توجه به توسعه لیزرهای fractional و ارائه آنها با انواع و طول موج‌های مختلف، به طور حتم کاربردهای آنها نیز توسعه بیشتری یافته است. در زیر پس از اشاره به برخی کاربردهای آنها به عنوان resurfacing ، سعی خواهد شد در ادامه فصل، انواع پُر اهمیت آنها به طور جداگانه طرح و بحث شود.

اثرات بیولوژیک فتوترمولیز فراکشنال:

تغییرات هیستیولوژیک قابل توجهی پس از درمان با لیزر فراکشنال انجام می گردد. بلافاصله پس از درمان ستون های نکروز سلول های درم و اپیدرم با وجود سالم بودن لایه شاخی پوست قابل مشاهده است. هر یک از ستون های میکروسکوپی تخریب با مناطقی از شوک گرمایی احاطه شده اند که واسطه های سلولی موثر در فرایند ترمیم زخم را آزاد می کنند. به طور اختصاصی ترشح پروتئین شوک گرمایی 70(HSP70 ) در اپیدرم افزایش می یابد که باعث افزایش فعالیت TGFبتا می گردد که نهایتاً تولید کلاژن را تسریع می کند و در نتیجه فرایند بازسازی در درم آغاز می شود.افزایش ساخت کلاژن تیپ 3 از یک هفته پس از درمان مشاهده می گردد. معمولا یک ساعت پس از درمان کراتینوسیت ها به عمق و بخش های خارجی زخم مهاجرت کرده و طی 12 ساعت با احطه کردن بافت و بقایای نکروز شده، توده ای از سلول های اپیدرمی نکروتیک را تشکیل می دهند. قطر این توده فشرده 50 تا 200 میکرومتر بوده و حاوی ملانین و اسلاستین می باشد.پس از گذشت 24 ساعت این توده ها در کلیه مناطق تخریب مشاهده می شوند. فعال شدن سلول های بنیادی موجود در لایه بازال پوست فرایند جایگزینی بافت اپیدرم را آغاز می کند. در این زمان پیوستگی مجدد سلول های لایه بازال اپیدرم ایجاد می شود. در روز هفتم پس از درمان بازسازی اپیدرم کامل شده و فرایند پوسته ریزی رخ می دهد.این مرحله از نظر بالینی معادل مرحله تیره شدن پوست بیمار است که با شروع روند پوسته ریزی این حالت به مرور رفع می گردد.سه ماه پس از درمان ،ستون های تخریب گرمایی کاملا بهبود یافته و کلاژن های جدید جایگزین کلاژن های قدیمی می شوند.

کاربردها و نتایج درمانی انجام Resurfacing با لیزرهای Fractional :

Treatment of:

— Age spots and blemishes & sun spots

— Hyper pigmentation (areas of darker pigment or brown patches)

— Acne and surgical scars

— wrinkles & Peri-orbital wrinkles (crow’s feet),

— Stretch marks, fine lines & freckles

— Skin Texture

— Melasma (mask of pregnancy) & chloasma

That result:

— Reduction of Age & sun spots, wrinkles & fine lines.

— Plumps acne & surgical scars

— Increase the skin elasticity

— Improve the skin tone & texture

— Smoother & younger skin

انواع لیزرهای Fractional

پس از ارائه اولین سیستم لیزر fractional در سال 2003 و توسعه کاربرد آن و شناسایی نقاط قوت رویکرد MTZ در درمانهای پوستی، کمپانی‌های مختلف شروع به تحقیقات و توسعه تکنولوژی fractional کرده و انواعی از لیزرها را به صورت  fractional ارائه دادند.

لیکن باید در نظر داشت که پرتو لیزر دارای خواص فیزیکی نور بوده و انعکاس و انکسار و هدایت هر محدوده از طول موجهای آن، نیازمند تکنولوژی‌های ویژه اپتیکی است به طور مثال هدایت لیزر  نیاز به Articulated Arm دارد ولی لیزر دیود را می‌توان به وسیله فیبر نوری هدایت نمود.

با توجه به مفاد فوق، بی‌شک fractional سازی لیزرهای مختلف، که دارای طول موجهای متفاوت هستند نیز نیاز به تکنولوژی ویژه اپتیکی دارد. با این وجود، همانطور که در جدول زیر ملاحظه می‌کنید، کمپانیها سعی در ارائه انواع لیزرها و سیستم‌های پیشین درماتولوژی به صورت fractional دارند:

برخی لیزرها و سیستم‌های fractional موجود در بازار

Wavelength (nm)

Device Type

2940 nm

Fractional Er: YAG

10.600nm

Fractional co2laser

1540 nm

Fractional Er: Glass

1320 nm

Fractional Nd: Yag

1064 nm

Fractional Q- switched Nd: YAG

755

Fractional Alexandrite laser

1550 nm

Fractional Erbium Fiber laser

560-960 nm

Fractional IPL

N/A

Fractional Bi- Polar Radiofrequency

850-1350 nm

Fractional Infrared light (IR Lamp)