Laser dalam bedah plastik

Pada awal abad lalu, Einstein secara teoritis menjelaskan proses yang harus terjadi saat laser memancarkan energi dalam sebuah makalah berjudul "Teori Kuantum Radiasi." Maiman membuat laser pertama pada tahun 1960. Sejak saat itu, teknologi laser berkembang pesat, menghasilkan berbagai laser yang mencakup seluruh spektrum elektromagnetik. Sejak saat itu, laser telah dikombinasikan dengan teknologi lain, termasuk sistem pencitraan, robotika, dan komputer, untuk meningkatkan presisi pengiriman laser. Melalui kolaborasi dalam bidang fisika dan bioteknologi, laser medis telah menjadi bagian penting dari peralatan terapi dokter bedah. Awalnya, laser berukuran besar dan hanya digunakan oleh dokter bedah yang terlatih khusus dalam fisika laser. Selama 15 tahun terakhir, desain laser medis telah berkembang pesat sehingga lebih mudah digunakan, dan banyak dokter bedah telah mempelajari dasar-dasar fisika laser sebagai bagian dari pelatihan pascasarjana mereka.

Artikel ini membahas: biofisika laser; interaksi jaringan dengan radiasi laser; perangkat yang saat ini digunakan dalam bedah plastik dan rekonstruksi; persyaratan keselamatan umum saat bekerja dengan laser; masalah penggunaan laser lebih lanjut dalam intervensi kulit.

Biofisika laser

Laser memancarkan energi cahaya yang bergerak dalam gelombang yang mirip dengan cahaya biasa. Panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang yang berdekatan. Amplitudo adalah ukuran puncak, yang menentukan intensitas cahaya. Frekuensi, atau periode, gelombang cahaya adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menyelesaikan satu siklus. Untuk memahami cara kerja laser, penting untuk memahami mekanika kuantum. Istilah LASER adalah akronim untuk Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Ketika foton, satuan energi cahaya, mengenai atom, hal itu menyebabkan salah satu elektron atom tersebut melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Atom menjadi tidak stabil dalam keadaan tereksitasi ini, melepaskan foton ketika elektron jatuh kembali ke tingkat energi aslinya yang lebih rendah. Proses ini dikenal sebagai emisi spontan. Jika sebuah atom berada dalam keadaan energi tinggi dan bertabrakan dengan foton lain, ketika kembali ke keadaan energi rendah, ia akan melepaskan dua foton yang memiliki panjang gelombang, arah, dan fase yang identik. Proses ini, yang disebut emisi radiasi terstimulasi, merupakan hal mendasar untuk memahami fisika laser.

Terlepas dari jenisnya, semua laser memiliki empat komponen dasar: mekanisme eksitasi atau sumber energi, media laser, rongga optik atau resonator, dan sistem ejeksi. Sebagian besar laser medis yang digunakan dalam bedah plastik wajah memiliki mekanisme eksitasi elektrik. Beberapa laser (seperti laser pewarna yang dieksitasi lampu kilat) menggunakan cahaya sebagai mekanisme eksitasi. Yang lain mungkin menggunakan gelombang frekuensi radio berenergi tinggi atau reaksi kimia untuk memberikan energi eksitasi. Mekanisme eksitasi memompa energi ke dalam ruang resonansi yang berisi media laser, yang dapat berupa bahan padat, cair, gas, atau semikonduktor. Energi yang dibuang ke dalam rongga resonator menaikkan elektron atom dalam media laser ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika setengah dari atom dalam resonator sangat tereksitasi, terjadi inversi populasi. Emisi spontan dimulai saat foton dipancarkan ke segala arah dan beberapa bertabrakan dengan atom yang sudah tereksitasi, menghasilkan emisi foton berpasangan yang terstimulasi. Emisi terstimulasi ditingkatkan saat foton yang bergerak sepanjang sumbu di antara cermin dipantulkan bolak-balik secara istimewa. Hal ini menghasilkan stimulasi berurutan saat foton-foton ini bertabrakan dengan atom-atom tereksitasi lainnya. Satu cermin 100% reflektif, sementara cermin lainnya sebagian mentransmisikan energi yang dipancarkan dari ruang resonator. Energi ini ditransfer ke jaringan biologis oleh sistem ejeksi. Untuk sebagian besar laser, ini adalah serat optik. Pengecualian penting adalah laser CO2, yang memiliki sistem cermin pada lengan berengsel. Serat optik tersedia untuk laser CO2, tetapi membatasi ukuran titik dan energi keluaran.

Cahaya laser lebih terorganisasi dan secara kualitatif lebih intens daripada cahaya biasa. Karena media laser bersifat homogen, foton yang dipancarkan oleh emisi terstimulasi memiliki panjang gelombang tunggal, yang menciptakan monokromatisitas. Biasanya, cahaya sangat tersebar saat bergerak menjauh dari sumbernya. Cahaya laser bersifat kolimasi: cahaya sedikit tersebar, sehingga menghasilkan intensitas energi yang konstan dalam jarak yang jauh. Foton cahaya laser tidak hanya bergerak ke arah yang sama, tetapi juga memiliki fase temporal dan spasial yang sama. Ini disebut koherensi. Sifat monokromatisitas, kolimasi, dan koherensi membedakan cahaya laser dari energi cahaya biasa yang tidak teratur.

Interaksi laser-jaringan

Spektrum efek laser pada jaringan biologis meluas dari modulasi fungsi biologis hingga penguapan. Interaksi laser-jaringan yang paling banyak digunakan secara klinis menyangkut kemampuan termal untuk menggumpalkan atau menguapkan. Di masa mendatang, laser dapat digunakan bukan sebagai sumber panas, tetapi sebagai probe untuk mengendalikan fungsi seluler tanpa efek samping sitotoksik.

Efek laser konvensional pada jaringan bergantung pada tiga faktor: penyerapan jaringan, panjang gelombang laser, dan kepadatan energi laser. Ketika sinar laser mengenai jaringan, energinya dapat diserap, dipantulkan, ditransmisikan, atau dihamburkan. Keempat proses tersebut terjadi pada tingkat yang berbeda-beda dalam setiap interaksi jaringan-laser, di antaranya penyerapan merupakan yang paling penting. Tingkat penyerapan bergantung pada kandungan kromofor jaringan. Kromofor adalah zat yang secara efektif menyerap gelombang dengan panjang tertentu. Misalnya, energi laser CO2 diserap oleh jaringan lunak tubuh. Hal ini karena panjang gelombang yang sesuai dengan CO2 diserap dengan baik oleh molekul air, yang membentuk hingga 80% jaringan lunak. Sebaliknya, penyerapan laser CO2 minimal di tulang, karena rendahnya kandungan air jaringan tulang. Awalnya, ketika jaringan menyerap energi laser, molekulnya mulai bergetar. Penyerapan energi tambahan menyebabkan denaturasi, koagulasi, dan akhirnya penguapan protein (penguapan).

Ketika energi laser dipantulkan oleh jaringan, jaringan tersebut tidak rusak, karena arah radiasi pada permukaan berubah. Selain itu, jika energi laser melewati jaringan superfisial ke lapisan dalam, jaringan intermediet tidak terpengaruh. Jika sinar laser tersebar di jaringan, energi tidak diserap di permukaan, tetapi didistribusikan secara acak di lapisan dalam.

Faktor ketiga yang menyangkut interaksi jaringan dengan laser adalah kerapatan energi. Dalam interaksi laser dan jaringan, ketika semua faktor lainnya konstan, mengubah ukuran titik atau waktu paparan dapat memengaruhi kondisi jaringan. Jika ukuran titik sinar laser berkurang, daya yang bekerja pada volume jaringan tertentu meningkat. Sebaliknya, jika ukuran titik meningkat, kerapatan energi sinar laser berkurang. Untuk mengubah ukuran titik, sistem ejeksi pada jaringan dapat difokuskan, difokuskan terlebih dahulu, atau didefokus. Pada sinar yang difokuskan terlebih dahulu dan didefokus, ukuran titik lebih besar daripada sinar yang difokuskan, sehingga menghasilkan kerapatan daya yang lebih rendah.

Cara lain untuk memvariasikan efek jaringan adalah dengan mengalirkan energi laser secara berdenyut. Semua mode berdenyut bergantian antara periode aktif dan nonaktif. Karena energi tidak mencapai jaringan selama periode nonaktif, ada kemungkinan panas akan hilang. Jika periode nonaktif lebih lama dari waktu relaksasi termal jaringan target, kemungkinan kerusakan jaringan di sekitarnya akibat konduksi akan berkurang. Waktu relaksasi termal adalah jumlah waktu yang dibutuhkan agar setengah dari panas dalam target menghilang. Rasio interval aktif terhadap jumlah interval pulsasi aktif dan pasif disebut siklus kerja.

Siklus kerja = hidup/hidup + mati

Terdapat berbagai mode pulsa. Energi dapat dilepaskan dalam semburan dengan mengatur periode saat laser memancarkan (misalnya 10 detik). Energi dapat diblokir, di mana gelombang konstan diblokir pada interval tertentu oleh penutup mekanis. Dalam mode superpulse, energi tidak hanya diblokir, tetapi disimpan dalam sumber energi laser selama periode mati dan kemudian dilepaskan selama periode menyala. Artinya, energi puncak dalam mode superpulse secara signifikan lebih tinggi daripada energi dalam mode konstan atau pemblokiran.

Dalam laser pulsa raksasa, energi juga disimpan selama periode mati, tetapi dalam media laser. Ini dilakukan oleh mekanisme rana di ruang rongga antara dua cermin. Ketika rana ditutup, laser tidak memancarkan sinar, tetapi energi disimpan di setiap sisi rana. Ketika rana terbuka, cermin berinteraksi untuk menghasilkan sinar laser berenergi tinggi. Energi puncak laser pulsa raksasa sangat tinggi dengan siklus kerja pendek. Laser terkunci mode mirip dengan laser pulsa raksasa karena ada rana di antara dua cermin di ruang rongga. Laser terkunci mode membuka dan menutup rana secara sinkron dengan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk memantul di antara dua cermin.

Karakteristik laser

• Laser karbon dioksida

Laser karbon dioksida paling sering digunakan dalam bedah otolaringologi/kepala dan leher. Panjang gelombangnya adalah 10,6 nm, gelombang tak kasatmata dalam spektrum elektromagnetik inframerah jauh. Bimbingan sepanjang sinar laser helium-neon diperlukan agar dokter bedah dapat melihat area yang dikenai tindakan. Media laser adalah CO2. Panjang gelombangnya diserap dengan baik oleh molekul air dalam jaringan. Efeknya bersifat superfisial karena penyerapannya tinggi dan hamburannya minimal. Radiasi hanya dapat disalurkan melalui cermin dan lensa khusus yang ditempatkan pada batang yang diartikulasikan. Lengan engkol dapat dipasang ke mikroskop untuk pekerjaan presisi di bawah pembesaran. Energi juga dapat dikeluarkan melalui pegangan pemfokus yang dipasang pada batang yang diartikulasikan.

• Laser Nd:YAG

Panjang gelombang laser Nd:YAG (yttrium-aluminium-garnet dengan neodymium) adalah 1064 nm, yaitu berada di wilayah inframerah dekat. Laser ini tidak terlihat oleh mata manusia dan memerlukan sinar laser helium-neon sebagai pemandu. Media lasernya adalah yttrium-aluminium-garnet dengan neodymium. Sebagian besar jaringan tubuh menyerap panjang gelombang ini dengan buruk. Akan tetapi, jaringan berpigmen menyerapnya lebih baik daripada jaringan tidak berpigmen. Energi tersebut ditransmisikan melalui lapisan superfisial sebagian besar jaringan dan menghilang di lapisan dalam.

Dibandingkan dengan laser karbon dioksida, hamburan Nd:YAG jauh lebih besar. Oleh karena itu, kedalaman penetrasi lebih besar dan Nd:YAG sangat cocok untuk koagulasi pembuluh darah dalam. Dalam percobaan, kedalaman koagulasi maksimum sekitar 3 mm (suhu koagulasi +60 °C). Hasil yang baik dalam perawatan kapiler perioral dalam dan formasi kavernosa menggunakan laser Nd:YAG telah dilaporkan. Ada juga laporan tentang keberhasilan fotokoagulasi laser pada hemangioma, limfangioma, dan formasi kongenital arteriovena. Namun, kedalaman penetrasi yang lebih besar dan kerusakan non-selektif cenderung meningkatkan jaringan parut pascaoperasi. Secara klinis, hal ini diminimalkan dengan pengaturan daya yang aman, pendekatan titik pada lesi, dan penghindaran perawatan pada area kulit. Dalam praktiknya, penggunaan laser Nd:YAG merah tua hampir digantikan oleh laser dengan panjang gelombang yang terletak di bagian kuning spektrum. Namun, laser ini digunakan sebagai laser adjuvan untuk lesi nodular berwarna merah tua (anggur port).

Laser Nd:YAG telah terbukti menghambat produksi kolagen baik dalam kultur fibroblas maupun kulit normal secara in vivo. Hal ini menunjukkan keberhasilan dalam mengobati bekas luka hipertrofik dan keloid. Namun, secara klinis, tingkat kekambuhan setelah eksisi keloid tinggi, meskipun pengobatan steroid topikal tambahan yang manjur.

• Kontak laser Nd:YAG

Penggunaan laser Nd:YAG dalam mode kontak mengubah sifat fisik dan penyerapan radiasi secara signifikan. Ujung kontak terdiri dari kristal safir atau kuarsa yang langsung menempel pada ujung serat laser. Ujung kontak berinteraksi langsung dengan kulit dan bertindak sebagai pisau bedah termal, memotong dan membekukan secara bersamaan. Ada laporan penggunaan ujung kontak dalam berbagai intervensi jaringan lunak. Aplikasi ini lebih dekat dengan elektrokoagulasi daripada mode Nd:YAG non-kontak. Secara umum, ahli bedah sekarang menggunakan panjang gelombang laser yang melekat bukan untuk memotong jaringan, tetapi untuk memanaskan ujungnya. Oleh karena itu, prinsip interaksi laser-jaringan tidak berlaku di sini. Waktu respons terhadap laser kontak tidak terkait langsung seperti dengan serat bebas, dan oleh karena itu ada periode jeda untuk pemanasan dan pendinginan. Namun, dengan pengalaman, laser ini menjadi nyaman untuk mengisolasi flap kulit dan otot.

• Laser argon

Laser argon memancarkan gelombang tampak dengan panjang 488-514 nm. Karena desain ruang resonator dan struktur molekul media laser, jenis laser ini menghasilkan rentang gelombang panjang. Beberapa model mungkin memiliki filter yang membatasi radiasi ke satu panjang gelombang. Energi laser argon diserap dengan baik oleh hemoglobin, dan hamburannya berada di antara hamburan karbon dioksida dan laser Nd:YAG. Sistem radiasi untuk laser argon adalah pembawa serat optik. Karena penyerapan yang tinggi oleh hemoglobin, neoplasma vaskular pada kulit juga menyerap energi laser.

• Laser KTF

Laser KTP (potassium titanyl phosphate) adalah laser Nd:YAG yang frekuensinya digandakan (panjang gelombang dikurangi setengahnya) dengan melewatkan energi laser melalui kristal KTP. Ini menghasilkan cahaya hijau (panjang gelombang 532 nm), yang sesuai dengan puncak serapan hemoglobin. Penetrasi dan penyebaran jaringannya mirip dengan laser argon. Energi laser ditransmisikan oleh serat. Dalam mode non-kontak, laser menguap dan menggumpal. Dalam mode semi-kontak, ujung serat hampir tidak menyentuh jaringan dan menjadi instrumen pemotong. Semakin tinggi energi yang digunakan, semakin laser bertindak sebagai pisau termal, mirip dengan laser karbon dioksida. Unit energi yang lebih rendah digunakan terutama untuk koagulasi.

• Lampu kilat laser pewarna yang bersemangat

Laser pewarna yang dipicu oleh lampu kilat adalah laser medis pertama yang secara khusus dirancang untuk perawatan lesi vaskular jinak pada kulit. Laser ini merupakan laser cahaya tampak dengan panjang gelombang 585 nm. Panjang gelombang ini bertepatan dengan puncak serapan ketiga oksihemoglobin, dan oleh karena itu energi laser ini sebagian besar diserap oleh hemoglobin. Dalam kisaran 577-585 nm, terdapat juga penyerapan yang lebih sedikit oleh kromofor yang bersaing seperti melanin dan hamburan energi laser yang lebih sedikit di dermis dan epidermis. Media laser adalah pewarna rhodamin, yang secara optik dipicu oleh lampu kilat, dan sistem emisinya adalah pembawa serat optik. Ujung laser pewarna memiliki sistem lensa yang dapat dipertukarkan yang memungkinkan terciptanya ukuran titik 3, 5, 7 atau 10 mm. Laser berdenyut dengan periode 450 ms. Indeks pulsasi ini dipilih berdasarkan waktu relaksasi termal pembuluh darah ektatik yang ditemukan pada lesi vaskular jinak pada kulit.

• Laser uap tembaga

Laser uap tembaga menghasilkan cahaya tampak dengan dua panjang gelombang terpisah: gelombang hijau berdenyut 512 nm dan gelombang kuning berdenyut 578 nm. Media laser adalah tembaga, yang dieksitasi (diuapkan) secara elektrik. Sistem serat mentransmisikan energi ke ujung, yang memiliki ukuran titik variabel 150-1000 µm. Waktu paparan berkisar dari 0,075 detik hingga konstan. Waktu antara denyut juga bervariasi dari 0,1 detik hingga 0,8 detik. Cahaya kuning dari laser uap tembaga digunakan untuk mengobati lesi vaskular jinak di wajah. Gelombang hijau dapat digunakan untuk mengobati lesi berpigmen seperti bintik-bintik, lentigo, nevi, dan keratosis.

• Laser pewarna kuning yang tidak memudar

Laser pewarna CW kuning adalah laser cahaya tampak yang menghasilkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 577 nm. Seperti laser pewarna yang dipicu oleh lampu kilat, laser ini disetel dengan mengubah pewarna di ruang aktivasi laser. Pewarna dipicu oleh laser argon. Sistem ejeksi untuk laser ini juga merupakan kabel serat optik yang dapat difokuskan ke berbagai ukuran titik. Cahaya laser dapat dipuls menggunakan penutup mekanis atau ujung Hexascanner yang dipasang di ujung sistem serat optik. Hexascanner secara acak mengarahkan pulsa energi laser dalam pola heksagonal. Seperti laser pewarna yang dipicu oleh lampu kilat dan laser uap tembaga, laser pewarna CW kuning ideal untuk perawatan lesi vaskular jinak di wajah.

• Laser erbium-putih

Laser Erbium:UAS menggunakan pita serapan air sepanjang 3000 nm. Panjang gelombangnya 2940 nm sesuai dengan puncak ini dan diserap kuat oleh air jaringan (sekitar 12 kali lebih banyak daripada laser CO2). Laser inframerah dekat ini tidak terlihat oleh mata dan harus digunakan dengan sinar bidik yang terlihat. Laser dipompa oleh lampu kilat dan memancarkan makropulsa berdurasi 200-300 μs, yang terdiri dari serangkaian mikropulsa. Laser ini digunakan dengan handpiece yang terpasang pada lengan yang diartikulasikan. Perangkat pemindai juga dapat diintegrasikan ke dalam sistem untuk penghilangan jaringan yang lebih cepat dan lebih seragam.

• Laser merah rubi

Laser ruby adalah laser yang dipompa dengan lampu kilat yang memancarkan cahaya pada panjang gelombang 694 nm. Laser ini, yang berada di wilayah spektrum merah, dapat dilihat oleh mata. Laser ini mungkin memiliki penutup laser untuk menghasilkan pulsa pendek dan mencapai penetrasi jaringan yang lebih dalam (lebih dalam dari 1 mm). Laser ruby pulsa panjang digunakan untuk memanaskan folikel rambut secara khusus dalam penghilangan bulu dengan laser. Cahaya laser ini ditransmisikan menggunakan cermin dan sistem boom yang diartikulasikan. Cahaya ini diserap dengan buruk oleh air, tetapi diserap dengan kuat oleh melanin. Berbagai pigmen yang digunakan untuk tato juga menyerap sinar 694 nm.

• Laser alexandrite

Laser Alexandrite, laser solid-state yang dapat dipompa oleh lampu kilat, memiliki panjang gelombang 755 nm. Panjang gelombang ini, di bagian spektrum merah, tidak terlihat oleh mata dan karenanya memerlukan sinar pemandu. Laser ini diserap oleh pigmen tato biru dan hitam, serta melanin, tetapi tidak oleh hemoglobin. Laser ini merupakan laser yang relatif kompak yang dapat mentransmisikan radiasi melalui pemandu cahaya yang fleksibel. Laser ini menembus relatif dalam, sehingga cocok untuk menghilangkan rambut dan tato. Ukuran titik laser adalah 7 dan 12 mm.

• Laser dioda

Baru-baru ini, dioda pada bahan superkonduktor telah secara langsung digabungkan ke perangkat serat optik, yang menghasilkan emisi cahaya laser pada berbagai panjang gelombang (tergantung pada karakteristik bahan yang digunakan). Laser dioda dibedakan berdasarkan efisiensinya. Laser ini dapat mengubah energi listrik yang masuk menjadi cahaya dengan efisiensi 50%. Efisiensi ini, yang dikaitkan dengan pembangkitan panas dan daya masukan yang lebih rendah, memungkinkan laser dioda kompak dirancang tanpa sistem pendingin yang besar. Cahaya ditransmisikan melalui serat optik.

• Lampu Flash yang Difilter

Lampu pulsa tersaring yang digunakan untuk menghilangkan bulu bukanlah laser. Sebaliknya, ini adalah spektrum pulsa yang intens dan tidak koheren. Sistem ini menggunakan filter kristal untuk memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 590-1200 nm. Lebar dan kerapatan integral pulsa, yang juga bervariasi, memenuhi kriteria untuk fototermolisis selektif, yang menjadikan perangkat ini setara dengan laser untuk menghilangkan bulu.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]