1. MỞ ĐẦU
Kỹ thuật laser ra đời từ năm 1960, ngay nay đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rông rãi trong trong y tế ở cả hai lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh với những kết quả rất khả quan. Thực tế đã hình thành ngành y học laser trên thế giới, với chức năng nghiên cứu ứng dụng và phát triển kỹ thuật laser phục vụ sức khoẻ loài người.
Trong phẫu thuật nói chung và phẫu thuật tạo hình nói riêng laser được đưa vào ứng dụng một cách mạnh mẽ và có kết quả cao. Những năm cuối của thập kỷ 80 các phẫu thuật viên nêu cao vài trò và các ưu điểm nổi bật của dao mổ laser, đặc biệt laser CO2.
Tới nay, các thiết bị laser đã không ngững được cải tiến và đi sâu vào ứng dụng cho từng chuyên khoa. Bảng dưới đây giới thiệu các mốc ứng dụng laser (Sachalch, 1990)
Có thể nói các kết quả nghiên cứu ứng dụng laser trong y học đã tạo ra nhiều phương pháp thăm khám và chữa bệnh mới. Cùng với kỹ thuật siêu âm và máy tính, kỹ thuật laser trong thập kỷ 90 đã làm thay đổi từng ngày chất lượng công tác y tế.
2. LASER VÀ THIẾT BỊ LASER TRONG Y HỌC
2.1. Laser là gì ?
LASER là từ viết tắt các chữ cái đứng đầu của cụm từ tiếng Anh: light amplification by stimulated emission of radiation (sự khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức).
Ông tổ của laser chính là Nhà Vật lý thiên tài Albert Einstein, năm 1917 ông đã phát minh ra hiện tượng phát xạ cưỡng bức (stimulated emission of radiation). Năm 1954, Nhà Vật lý người Mỹ là Townes và 2 Nhà vật lý người Nga là Prochorov và Basov, cùng đồng thời công bố các công trình phát hiện nguyên lý laser. Năm 1964 cả ba Nhà Vật lý này được nhận giải Nobel vật lý do phát minh này.
Để hiểu bản chất vật lý laser chúng ta hãy làm quen với một số hiện tượng quang học cơ bản sau:
- Hiện tượng hấp thụ ánh sáng: mô hình nguyên tử của Bohr (Đan mạch, 1943) đề xuất: mỗi nguyên tử bất kỳ gồm một hạt nhân và các điện tử quay theo các quỹ đạo nhất định xung quanh hạt nhân. Mỗi quĩ đạo tương ứng với một mức năng lượng khác nhau. Khi các điện tử được cung cấp một nguồn năng lượng, chúng sẽ hấp thu và có sự dịch chuyển lên mức quĩ đạo (từ mức thấp E1 lên mức E2).
- Phát xạ tự do: điện tử khi dịch chuyển lên mức quĩ đạo trên sau một thời gian lại trở về quĩ đạo ban đầu và giải phóng ra mộtnăng lượng bằng với nó hấp thu dưới dạng nhiệt (phono) hoặc ánh sáng (photon).
- Hiện tượng phát xạ cưỡng bức: khi cung cấp một mức năng lượng (E) có khả năng cưỡng bức các điện tử rời bỏ mức quĩ đạo trên sớm hơn. Cùng với sự dịch chuỷen này sẽ phát ra photon cũng có năng lượng có tính chất giống hệt với photon đã cưỡng bức điện tử nhảy xuống mức thấp.
Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh ra 2; 2 sinh ra 4...
2.2. Cấu trúc và tính chất cơ bản của laser
2.2.1. Cấu trúc điển hình của laser
Laser là một máy phát ánh sáng đơn sắc có cấu trúc gồm 3 thành phần:
- Hoạt chất laser: là môi trường mà ở đó diễn ra các hiện tượng quang học cơ bản như đã giới thiệu ở phần trên. Cần lưu ý đây là môi trường đặc biệt, ở đó phát xạ cưỡng bức phải mạnh hơn hiện tượng hấp thụ
- Nguồn nuôi: cung cấp năng lượng cho hoạt chất laser, có thể là điện năng hoặc quang năng.
- Buồng công hưởng: có một hệ thống gương bán mờ cho phép chùm ánh sáng qua lại hoạt chất nhiều lần trước khi đạt trạng thái ổn định và phát ra tia laser.
2.2.2. Phân loại laser
Dựa vào trạng thái của môi trường hoạt chất, tên từng laser xuất phát từ tên của môi trường hoạt chất đó. Có 3 loại như sau:
- Laser thể rắn: môi trường hoạt chất là những chất rắn. Ví dụ như laser YAG – Nd hoạt chất là ytrium aluminium garnet (viết tắt là YAG) công với 2 – 5% nguyên tử neodium (Nd).
- Laser thể lỏng: môi trường hoạt chất thể lỏng. Ví dụ laser màu hoạt chất là các chất màu pha lỏng trong các môi truờng khác nhau.
- Laser thể khí: môi trường hoạt chất là thể khí ví dụ như laser khí CO2.
2.2.3. Các tính chất của laser
Laser là một nguồn ánh sáng đặc biệt với 5 tính chất điển hình sau:
- Tính định hướng cao: tia laser phát ra dưới dạng chùm ánh sáng song song, góc mở rất hẹp (cỡ độ vài độ góc). Vì vậy laser có thể chiếu đi rất xa cỡ hàng nghìn km.
- Tính đơn sắc cao: chùm ánh sáng có một màu và khả năng hấp tập trung năng lượng cao.
- Tính kết hợp các photon trong chùm tia laser: các photon của tia laser giống hệt nhau đảm bảo cho sự hoạt động nhịp nhàng, tạo ra nhiều ứng dụng độc đáo như khả năng khoan lỗ cực nhỏ, vết cắt nhỏ và tinh vi..
- Tính chất phát tia liên tục đến phát xung cực ngắn: độ dài xung cỡ mili giây (ms = 1 phần nghìn giây) nano giây (ns = 1 phần tỷ giây), pico giây (ps = 1 phần nghìn tỷ giây).
- Công suất phát laser: thay đổi tuỳ thuộc từng loại cụ thể. Trong y học sử dụng các công suất từ 1 – 100 W (các laser phẫu thuật), từ 0,1 – mW (cho các laser vật lý trị liệu).
2.3. Thiết bị laser y học và cơ sở ứng dụng
Các thiết bị laser y học chia làm hai nhóm chính:
- Nhóm 1: các thiết bị laser giúp cho chẩn đoán. Laser được sử dụng như ngồn anhsangs kích thích huỳnh quang các chất khác nhau trong tổ chức sống, từ đó đãnh giá chính xác lượng chất cần đo giúp cho việc chẩn đoán chính xác chức năng của tổ chức khác nhau.
- Nhóm 2: các thiết bị cho điều trị. Đến nay có khoảng 30 loại laser khác nhau được ứng dụng cho điều trị.
2.3.1. Các hiệu ứng của laser với tổ chức sống – cơ sở ứng dụng trong điều trị
Khi laser tương tác với tổ chức sống, tuỳ theo mức năng lượng mà chúng có thể gây ra các hiệu ứng sinh học sau (Muler và Schaldach, 1989):
- Các hiệu ứng quang học:
+ Quang cảm ứng (kích thích sinh học).
+ Quang học hoá thuốc (POD – photoactivation of drugs).
+ Quang bức xạ.
+ Quang hoá trị liệu (PDT – photodimic therapy).
+ Quang cộng hưởng.
- Các hiệu ứng nhiệt:
+ Phân huỷ quang nhiệt.
+ Tăng nhiệt.
+ Quang đông: 50 – 1000C (đông kết, hoại tử).
+ Than hoá: 100 – 3000C (bay hơi nước, than hoá).
+ Bay hơi tổ chức.
- Hiệu ứng quang học ion hóa hay quang phân cắt:
+ Bóc lớp
+ Quang cắt các liên kết
+ Quang phân cắt.
Cơ sở ứng dụng laser trong y học chủ yếu dựa trên các hiệu ứng sau:
* Hiệu ứng kích thích sinh học: thường xảy ra ở các laser có công suất thấp (cỡ mW). Các nghiên cứu của J.I, Karu (1981 – 1986) của E. Mester (1985) đã khẳng định sự gia tăng các tham số chủ yếu xác định đặc tính sống như: quá trình sinh tổng hợp protein, quá trình tích luỹ sinh khối, cường độ hô hấp của tế bào. A.X. Krijuk (1986) nghiên cứu trên vitro đối với tế bào mô phôi người đã ghi nhận được sự gia tăng quá trình phân chia tế bào, sinh tổng hợp protein, sự thay đổi hoạt tính men và hàm lượng ATP và biến đổi các tính chất bề mặt của tế bào. Các tác giả còn khẳng định khả năng chống độc của bức xạ laser cũng như chất chống đột biến gen của chúng:
Tác dụng của laser trên cơ thể sống được chia làm hai loại:
+ Phản ứng nhanh (hay trực tiếp) được tính theo giây hay phút sau khi chiếu laser, biểu hiện là sự kích thích quá trình hô hấp tế bào.
+ Phản ứng chậm (hay gián tiếp) với thời gian theo dõi là giờ hay ngày, biểu hiện bằng sự gia tăng quá trình phân chia tế bào.
Hiệu ứng kích thích sinh học làm cho hệ thống miễn dịch của tế bào và cơ thể được hoạt động hoá, phục hồi quá trình tuần hoàn và vi tuần hoàn, kích thích sinh hồng cầu ở tuỷ xương, thay đổi hoạt tính hệ thống đông máu, tăng độ thấm thành mạch, tăng bán kính thành mạch, tăng hoạt động thực bào của bạch cầu điều này có ý nghĩa lớn với chức năng chống viêm của cơ thể.
* Hiệu ứng nhiệt: công suất chùm tia có thể hàng chục hay hàng trăm W. Khi đó quang năng của laser biến thành nhiệt để đốt nóng các tổ chức sinh học.
+ Công suất không cao, thời gian tác dụng dài: sẽ làm nóng chảy các tổ chức sinh học và sau đó các tổ chức bị đông kết lại (hiệu ứng quang đông) có tác dụng tốt cho việc cầm máu trong ngoại khoa.
+ Công suất cao, thời gian tác dụng ngắn: làm bay hơi cấu trúc rắn của tổ chức sinh học (hiệu ứng bay hơi tổ chức) đây là cơ sở của dao mổ laser với ưu điểm trong phẫu thuật.
* Hiệu ứng quang ion: còn gọi là hiệu ứng quang cơ vì quang năng của laser biến thành cơ năng để bóc lớp (không có tác động nhiệt) hay phá sỏi với xung cực ngắn, công suất đỉnh cực cao.
2.3.2. Các hệ thống laser y học sử dụng trong điều trị
Các hệ thống laser công suất thấp: còn được gọi là các laser lý liệu (therapeutical laser) hoặc laser mềm (soft laser). Các laser này không gây nhiệt khi tương tác với tổ chức. Người ta thường sử dụng laser này để điều chỉnh kích thích các quá trình quang – sinh – hoá của tổ chức sống giúp cơ thể chữa bệnh.
Các hệ thống laser công suất cao: còn được gọi là laser phẫu thuật (surgical laser). Bức xạ của laser này có thể làm hoại tử, quang đông hoặc bay hơi tổ chức.
3.KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG PHẪU THUẬT TẠO HÌNH
Theo J. Struat Nelson các hệ thống laser được ứng dụng trong phẫu thuật tạo hình sau:
3.1. Carbon dioxyd laser (C02).
C02 laser là một loại laser khí công suất phát tia từ vài W tới 35 – 40 W. Đặc điểm của C02 laser là hệ thống dẫn tia là một hệ gương được lắp đặt trong một trục khuỷu (articulated arm) có từ 3 – 7 khớp nối (H5). Năng lượng của chùm tia bị nước hấp thu tối đa 98%. Khi chiếu vào tổ chức sống C02 laser sẽ gây ra bốc hơi nước rất nhanh, tạo ra sự dạn vỡ tổ chức đó là nguyên lý của dao mổ laser được Salimbeni (1991) ca ngợi với các ưu điểm sau:
- Kỹ thuật không tiếp xúc (sự dập nát tổ chức ít - tạo đường rạch rất tinh tế).
- Ít chảy máu và xuất tiết dịch, tạo một trường mổ sạch.
- Độ chính xác cao.
- Vô trùng vết mổ.
- Hạn chế các tế bào ung thư bị sót, giảm lan toả và tái phát.
- Tạo sự liền sẹo tốt.
- Không làm nhiễu ác thiết bị theo dõi cuộc mổ.
Ở chế độ hội tụ chùm tia có sport sizes 0,1mm, có thể sử dụng hàn nối các mạch máu cỡ 1- 2 mm trong vi phẫu thuật.
Chế độ phát tia kiểu xung được sử dụng trong kỹ thuật mài da (laser-brastion) để điều trị một số bệnh lý sắc tố da, các vết xăm, bệnh lý mũi sư tử (rhinophyma) hoặc trong phẫu thuật phẩm mỹ tái tạo da mặt, xoá các nếp nhăn (skin resurfacing).
Một thế mạnh của CO2 laser là nó được sử dụng coa hiệu quả cao trong phẫu thuật một số bệnh lý của da như: u máu phẳng, sẹo lồi, sẹo quá phát, tổn thương dầy sừng, các u vàng, u tuyến mồ hôi, các u xơ mạch tuyến bã ...Sau phẫu thuật sự liền sẹo rất tốt và trả lại vẻ đẹp thẩm mỹ cao.
3.2. Argon laser (Ar)
Argon laser là một laser có năng lượng cao từ vài W đến hàng chục W. Chùm tia phát ra có màu xanh và được dẫn truyền qua một hệ thống sợi quang (fiberoptic).
Năng lượng của chùm tia được hấp thụ chọn lọc bởi hemoglobin. Nó phản xạ hoặc truyền qua các tổ chức ít mạch máu và không pigement hoá.
Hiệu ứng quang đông của Argon laser được sử dụng để điều trị các bệnh sau: u máu phẳng, phá huỷ có chọn lọc ác tổn thương tăng sắc tố, hàn các mạch máu, phá huỷ các u bạch huyết, chứng giãn mao mạch, u mạch sừng hoá, trứng cá đỏ.
3.3. Nd – YAG laser
Đây là loại laser năng lượng cao, hoạt chất của nó là một thanh hợp kim có các thành phần ytrium aluminium garnet (YAG) và neodium (Nd). Chùm tia được dẫn qua hệ thống quang sợi có đầu tay cầm với thấu kính hội tụ hoặc được gắn các tinh thể saphire có cấu hình khác nhau để tạo chùm tia phát ra có hình thù khác nhau, phục vụ cho từng mục đích phẫu thuật (H6).
Bức xạ của Nd – YAG laser khi tác động vào tổ chức, hấp thụ của các mô rất thấp và tán xạ lớn tạo ra sự phân bố đồng đều của bức xạ laser quanh điểm chiếu. Hiệu quả của nó là quá trình tăng nhiệt độ dần dần xảy ra trong một vùng khá rộng. Quang đông sẽ xảy ra từ bề mặt và tiến sâu vào trong. Sự khô héo ở bề mặt tổ chức mô cộng với quang đông sẽ dẫn tới khả năng hàn được các mạch máu, các mạch lympho.
Loại laser này thường được sử dụng trong các phẫu thuật nội soi ổ bụng, phụ khoa, tai mũi họng, thần kinh.
Bức xạ của Nd – YAG laser không bị nước hấp thu mà chỉ có hemoglobin và melanin hấp thu mạnh. Vì vậy nó được sử dụng trong phẫu thuật các u mạch máu lớn hoặc quang đông các khối u trong lòng ống tiêu hoá, lòng khí phế quản, hàn các mạch trong xuất huyết tiêu hoá.
3.4. Q – suritched Ruby laser
Loại laser này có một chế độ phát xung cực ngắn (nsec) với đỉnh mật độ công suất có thể tới 106W/cm2.
Bước sóng 694 nm của loại laser này được sắc tố nâu, xanh, đen của tổ chức hấp thu mạnh. Tại nơi chùm tia laser tác động, từng lớp tổ chức được bốc bay.
Do thời gian tác động của chùm tia vào tổ chức qua nhanh mà người bệnh không có cảm giác đau và vì vậy không cần phải vùng vô cảm trong phẫu thuật.
Laser này thường được sử dụng để tẩy xăm và bào bỏ các thương tổn trên da có màu nâu, xanh, đen...
3.5. FLPPD
Plash lamp pumped pulsed dye (PLPPD) còn gọi là dye laser (các laser màu).
Với bước sóng 585 nm, laser có chùm tia màu vàng được sử dụng trong điều trị các bệnh mạch máu như: u mạch máu phẳng, giãn mao mạch, u mạch sừng hoá, u máu thể trái dâu (thể củ, gồ)...kết quả sau điều trị là không để lại sẹo trên da.
3.6. Một số laser khác
- Laser Excimer: có hiệu ứng bóc lớp phi nhiệt, bước sóng trong vùng tử ngoại.
Laser này được dùng trong phẫu thuật tạo hình mạch. Với các mạch bị mảng vữa xơ gây tắc thì Excimer được sử dụng để khai thông lòng mạch với kết quả tốt (Pilger et al. 1988).
Trong phẫu thuật giác mạc, chỉnh độ cong để chữa cận thị, laser Excimer cũng đạt được kết quả khả quan: các lớp bóc có thể chỉ ở mức 0,01 mm (Srinivasan, 1986).
- Laser He – Ne: như phần trên đã giới thiệu, laser Heli – Neon (He – Ne) là laser có năng lượng thấp. Loại laser này được sử dụng trên hiệu ứng kích thích sinh học.
Năng lượng của bức xạ laser He – Ne giúp cho quá trình chống viêm, tái tạo tổ chức, giảm đau, giảm phù nề sau mổ.
Trong phẫu thuật tạo hình laser He – Ne như một thiết bị giúp cho việc săn sóc sau mổ hoặc chuẩn bị trước mổ (kích thích tái tạo tổ chức với các vết thương mất tổ chức rộng).
4. AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG LASER ĐIỀU TRỊ
Các loại laser, nhất là laser có công suất cao thường dễ gây nguy hiểm với mắt và da. Vì vậy khi sử dụng phải tuân theo một số qui định bắt buộc sau:
+ Phòng điều trị laser phải có biển cảnh báo thích hợp.
+ Chỉ những người đã học an toàn laser mới được sử dụng.
+ Không để vật bóng trên đường đi của tia để tránh tia phản xạ. Người sử dụng và bệnh nhân phải đeo kính bảo vệ chuyên dụng.
+ Cấm không được chiếu tia trực tiếp vào mắt. Khi điều trị các bệnh nhân ở mắt phải giảm mật độ công suất nhỏ hơn 2mW/cm2.
Tài liệu tham khảo:
- Bài giảng Răng hàm mặt tập 1,2,3 Trường Đại học y Hà nội.
- Bài giảng Phẫu thuật Hàm mặt. Nhà xuất bản Quân đội Nhân dân. 2010.
- Bài giảng Phẫu thuật Tạo hình. Nhà xuất bản y học. Năm 2005.
Tiến sĩ BSCKII Lê Đức Tuấn
